Hvor lang levetid kan LED-belysning få?

LED silisium

Jo mer vi får å velge mellom og jo større utvalget blir i takt med den tekniske utviklingen, jo stadig flere oppdager potensialet med å benytte LED-belysning. Det medfører også at oppfatningen om at LED-belysning betyr skiftende farger i turkis og rosa, og bare kan benyttes i dekorrelaterte sammenhenger er på vei ut. Som med mye annet her i verden så utvikler markedet seg ekstremt raskt. Utvalget av LED-produkter er et helt annet nå enn for bare et til to år siden. I dag finnes det LED-alternativer på markedet som kan benyttes innenfor de aller fleste bruksområder.

En av fordelene med LED er den lange levetiden. For de som opererer i industribygg og andre næringsbygg betyr det reduserte vedlikeholdskostnader. Når levetiden på lyskilden kan være opp mot 15 år er det ingen tvil om at dette er lønnsomt i lagerhaller og andre rom med stor takhøyde. En annen effekt av LED er jo redusert varme. Dette er viktig blant annet i store kjøpesentre. Selv i Norge er det som regel et netto kjølebehov gjennom året. Med installering av LED blir det mindre internvarme og dermed reduseres kjølebehovet. Dette gjelder spesielt i kjøle- og frysesoner. Mindre varme må fjernes og energitapet blir mindre. LED-belysning har også lengre levetid i kalde omgivelser enn i normal romtemperatur. Effekten av dette er jo ytterligere reduserte utgifter til drift og vedlikehold.

Hvor lang levetid kan LED-lys få?

Som man skjønner av dette er en av de store effektene av LED reduserte kostnader for næringslivet, men denne implikasjonen gjelder jo også for den private sfæren. I den forbindelse skjønner man også at jo lengre levetiden blir for LED-belysningen, desto mer reduseres kostnadene. Dette er et område det forskes og eksperimenteres mye innenfor.

LED forMange er ikke klar over at dagens hvite LED-lys egentlig er blått. Lyset forandres gjennom et lag av fosforescerende materiale. Effekten av dette er at lyset ser hvitt ut. Denne prosessen fører i sin tur til at LED-lamper har problemer med å takle varmen som oppstår under de effektene som kreves ved tradisjonell belysning. Dette igjen har påvirket levetiden til LED-lampene. Imidlertid behøver ikke løsningen på denne utfordringen å være så langt unna. Svenske forskere har gjenopptatt forskningen på dette. I dagens LED-lys brukes det galliumnitrid, men det ses på en prosess hvor dette blir erstattet med silisiumkarbid.

Silisiumkarbid inneholder verken giftige, sjeldne eller kostbare grunnstoffer. Potensielt kan det gi svært stabile dioder. Galliumnitrid er relativt kostbart, mens silisiumkarbid kan kjøpes på pall i volumer på flere tonn. Silisiumkarbid kan produseres billig i store kvanta. Det er fordi tilgangen er stor av både silisium og karbon i jordskorpen. Materiale brukes kommersielt i dag også, men da til utvikling av mer effektive solceller.

LED dopeHemmeligheten med LED er at hvitt lys gir lengre levetid. Når forskerne doper silisiumkarbid med nitrogen og bor får de frem gult lys. Dopes silisiumkarbid med nitrogen og aluminium i stedet oppstår et blått lys. Disse to prosessene sammen gir et rent, hvitt lys. Utfordringen med denne prosessen er foreløpig å få produsert materialet rent nok og uten defekter. Produksjonsteknikken som de svenske forskerne utvikler er lett skalerbar. Det kan muliggjøre produksjon av høykvalitetsmateriale i stor skala. I dag er det fremdeles langt dyrere å erstatte de tradisjonelle glødelampene med LED-belysning. Dette kan imidlertid forandre seg om man lykkes med denne prosessen. Silisiumkarbid leder bort varme. Derfor blir lysdioder i dette materialet betydelig mindre varmefølsomme enn dagens LED-lamper. Suksess for svenskene kan resultere i billigere og mer hardføre LED-lamper på markedet. Det har vært overraskende lav levetid for en del av LED-løsningene. Den tekniske årsaken til det er at det fosforescerende laget som blant annet skal absorbere det blå lyset, er ustabilt. Derfor er det beste å utvikle noe som leverer hvitt lys. Det er det man ønsker å få til når andre typer materiale dopes med silisiumkarbid.

Lysdioder med levetid på 35 år?

For noen år tilbake utviklet man produksjonsmetoden for å produsere silisiumkarbid samtidig som man tilsatte atomer med nitrogen, aluminium og bor. Pengemangel førte imidlertid til at forskerne la metoden på is og fokuserte på kubisk silisiumkarbid for solceller. Det endelige målet er å introdusere lysdioden for markedet, som et alternativ til tradisjonelle lysdioder basert på galliumnitrid. Utfordringen frem til nå har vært de såkalte optoelektroniske egenskapene. De har ikke vært gode nok i konkurransen med dagens hvite LED-teknologi. Forskerne er imidlertid optimistiske og regner med at resultatet kan bli hvite lysdioder med en levetid på rundt 35 år. Den lange levetiden vil være et resultat av at man unngår bruk av fosforescerende materialer basert på sjeldne jordartsmetaller. Levealderen er selvfølgelig rent hypotetisk før produksjonsløsningen er på plass. Likevel er dette absolutt lovende og gir grunn til optimisme, siden den svenske løsningen styrer unna de aller fleste problemene som har begrenset levetiden til dagens LED-teknologi.

LED NobelJapanske forskere fikk nobelprisen i kjemi i 2014. Det fikk de for oppfinnelsen av den blå lysdioden som lager hvitt lys, som var den nye energieffektive og miljøvennlig lyskilden. Deres løsning var å bruke galliumnitrid. Nobelprisvinnerne klarte etter årelang forskning å håndtere det vanskelige stoffet slik at det kunne utnyttes i LED-lamper. Nobelprisvinnerne hviler imidlertid ikke på sine laurbær. I dag er de med og utvikler lysdioder med silisiumkarbid. Så det er ikke et spørsmål om de nye, hvite lysdiodene kommer, men når. Det finnes både store energibesparelser og gode forretninger i denne teknikken, hvor et sjeldent jordmetall erstattes med billigmaterialet silisiumkarbid.

LED forskning