Nowe wydajne luminofory do oświetleń i

i Badań Strukturalnych PAN we Wrocławiu,
Wydziału Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego oraz Instytutu Fizyki Doświadczalnej
Uniwersytetu Gdańskiego. Koordynatorem
projektu jest prof. nadzw. Przemysław Dereń. W wyniku realizacji zadań badawczych
projektu powstają nowoczesne luminofory,
które znajdą zastosowanie w oświetleniu
oraz do poprawy wydajności fotoogniw.
Luminofory to związki chemiczne świecące
po wzbudzeniu. Są np. wykorzystywane
w świetlówkach i „żarówkach energooszczędnych”. W białych diodach elektroluminescencyjnych są wzbudzane przez diody
niebieskie. Niebieskie światło diody oraz
żółta emisja luminoforu dają po zmieszaniu
światło białe. Aby WLED oświetlały nasze
domy potrzeba luminoforów nie tylko o dużo lepszym współczynniku oddawania
barw ale również wydajnych w 150–200oC,
gdyż taka jest temperatura pracy diody
dużej mocy.
FOT.: Adam Watras
Białe diody elektroluminescencyjne (ang.
White Light Emitting Diode, w skrócie
WLED), charakteryzują się bardzo dużą
wydajnością. Istotnym problemem, który
staje na przeszkodzie w uznaniu WLED-ów
za bezdyskusyjnie najlepsze źródło światła
jest fakt, iż emitowane przez nie światło
białe wciąż nie jest doskonałe. Charakteryzuje je niski współczynnik oddawania barw
i jego zimno-niebieska barwa. Dlatego na
całym świecie ośrodki naukowe oraz firmy
stale je udoskonalają. Jedną z inicjatyw poprawy jakości oświetlenia jest naukowo-badawczy projekt POIG – Nowe wydajne luminofory do oświetleń i koncentratorów
słonecznych, w skrócie NEW LOKS, którego jednym z głównych celów jest uzyskanie wydajnych, bazujących na LED-ach
źródeł światła, zbliżonych do naturalnego
światła słonecznego.
Projekt NEW LOKS tworzą wspólnie
naukowcy z Instytutu Niskich Temperatur
Zespół badawczy projektu NEW LOKS w INTiBS PAN.
Od lewej stoją: prof. Przemysław Dereń (koordynator projektu), dr Robert Pązik,
mgr inż. Adam Watras, dr Piotr Solarz, dr Radosław Lisiecki, mgr inż. Bartosz Bondzior;
siedzą: dr Wiktoria Walerczyk, mgr inż. Alicja Kubiak, mgr Dagmara Stefańska.
W przyszłości nasze domy będą oświetlały białe diody elektroluminescencyjne. To
rozwiązanie jest korzystne energetycznie,
bo LED’y pobierają bardzo mało energii.
Oświetlenie zbudowane z trzech diod tzw.
RGB lub mieszaniny luminoforów jest
droższe i bardziej zawodne ze względu
na nierównomierną degradację luminoforów odpowiadających za poszczególne
barwy oraz w wyniku konieczności stosowania skomplikowanego układu wzbudzenia.
Kordieryt jest jednym z luminoforów opracowanych przez zespół badawczy projektu
NEW LOKS. Jest nim kamień szlachetny
o wzorze chemicznym Mg2Al4Si5O18, który
został odkryty i był po raz pierwszy opisany przez Louisa Cordiera. Wybrano go do
badań, bowiem obliczenia teoretyczne
wskazywały, że domieszkowany jonami
europu oraz manganu może stać się nowym luminoforem o doskonałych właściwościach. Wyniki badań otrzymanych próbek potwierdziły obliczenia. Po pierwsze
zakres emisji kordierytu pokrywa całe
pasmo widzialne. Po wtóre, syntetyczny
kordieryt domieszkowany Eu2+ i Mn2+ ma
bardzo wysoką wydajność kwantową
(w dotychczas opracowanych próbkach
osiągnięto już 54%) oraz doskonałe właściwości temperaturowe gdyż intensywność jego emisji w 200oC osiąga 92% intensywności emisji rejestrowanej w temperaturze pokojowej. Jest to doskonały wynik,
gdyż ostatnie doniesienia naukowe wykazują niewielką ilość luminoforów o takich
właściwościach termicznych. Ostatnim
istotnym czynnikiem jest cena luminoforu.
Należy podkreślić, że matryca kordierytu
(Mg2Al4Si5O18) nie zawiera w swoim składzie jonów ziem rzadkich typu Y3+, Gd3+ lub
Sc3+ jak na przykład komercyjny YAG:Ce3+
(Y3Al5O12:Ce3+). Jest to ważne ze względu
FOT.: Adam Watras
Nowe wydajne luminofory do oświetleń
i koncentratorów słonecznych NEW LOKS
Przykładowe luminofory opracowane w INTiBS PAN.
na rosnące gwałtownie ceny ziem rzadkich, a mniejsza cena substratów obniża
koszty materiału.
Wyniki badawcze uzyskane w projekcie
NEW LOKS zostały zgłoszone do ochrony
patentowej. Przedmiotem zgłoszenia patentowego jest opracowana niskotemperaturowa metoda syntezy kordierytu oraz
sposób domieszkowania próbek. Luminofor otrzymuje się już w 1350oC, co jest niską temperatura syntezy dla krzemianów.
Doskonałe właściwości kordierytu pozwolą
na zastosowanie go do produkcji białych
LED o dużej mocy.
Luminofor ten spotkał się z uznaniem podczas 9. Targów Techniki Przemysłowej,
Nauki i Innowacji TECHNICON-INNOWACJE 2013, które odbyły się w Gdańsku,
w dniach 24–25 października 2013 r.
i otrzymał wyróżnienie w konkursie Grand
Prix Innowacje 2013.
Równolegle trwają prace nad wynalezieniem luminoforu do poprawy wydajności
ogniw słonecznych. Dotychczas opracowane ogniwa słoneczne na bazie krzemu (Si)
wykorzystują jedynie część widma słonecznego, a tym samym niewielką część energii
emitowanej przez Słońce zamieniają na
Projekt „Nowe wydajne luminofory do oświetleń i koncentratorów słonecznych” (nr POIG 01.01.02-02- 006/09)
jest współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka
prąd elektryczny. Niewidzialne dla człowieka światło podczerwone (IR) oraz ultrafioletowe (UV) nie jest wykorzystywane, gdyż
energia tych pasm nie jest dopasowana do
czułości ogniw. Nowe luminofory zamieniałyby niewykorzystywaną część promieniowania słonecznego, na światło dopasowane do czułości ogniwa słonecznego, a zatem nadające się do przetworzenia na
energię elektryczną. Doświadczenia nabyte przy projektowaniu luminoforów do
oświetlenia i do ogniw słonecznych są
komplementarne. Projekt przewiduje opracowanie luminoforów do koncentratorów
słonecznych i do warstw ochraniających
ogniwa.
∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑
Naukowcy skupieni w konsorcjum
NEW LOKS są otwarci na współpracę z firmami zainteresowanymi wdrożeniem nowoczesnych rozwiązań opracowanych
podczas realizacji projektu. Więcej informacji oraz dane kontaktowe zespołu badawczego projektu Nowe wydajne luminofory do oświetleń i koncentratorów
słonecznych można znaleźć na stronie
internetowej NEW LOKS, pod adresem
http://newloks.int.pan.wroc.pl/