100%가 넘는 효율의 LED

처음으로, 미국 MIT 대학의 연구자들은 LED가 그것이 소모하는 전력보다 더 큰 광학적 출력을 방출할 수 있다는 것을 시연하였다. 비록 이것은 과학적으로 흥미로운 것이지만, 매우 작은 양의 빛을 생산하는 매우 작은 입력 전력을 가진 LED에서만 작동하기 때문에 아직은 극도로 효율적인 상업적 LED에 적용하기는 힘들 것이지만 더 많은 연구를 통하여 에너지 효율적인 LED 생산이 가능할 것으로 보인다.

MIT 대학 연구진은, 전력 변환 효율을 100% 넘게 하는 핵심적인 요소는 인가하는 전압을 크게 감소시키는 것이라고 말하였다. 그들의 계산에 따르면, 인가된 전압이 반으로 줄어들 경우, 입력 전력은 4배로 감소된다. 이 때에 방출되는 광전력은 전압에 따라 선형적으로 크기가 변하기 때문에 그 역시 단지 절반이 된다. 다른 말로 표현하면, LED의 효율은 그것의 출력이 감소하면 증가한다.

연구진은 실험에서, LED의 입력 전력을 단지 30 피코와트(picowatts)로 줄였을 때, 69 피코와트의 광출력을 측정할 수 있었다. 즉, 효율이 230%나 증가한 것이다. 이런 물리적 메커니즘은 모든 LED에 대해서 동일하게 적용된다: 인가된 전압에 의해서 여기되면, 전자들과 정공들은 포톤을 생성하는 특정한 확률을 가지게 된다. 연구진은 이전의 다른 연구진에 하였던 것처럼 이런 확률을 높이기 위해서 노력하지 않았다. 대신에 소비되는 것보다 더 많은 전력을 방출하기 위해서 소량의 추가적인 열을 이용하였다. 이런 열은 엔트로피 때문에 발생하는 디바이스의 원자 격자의 진동에 기반하고 있다.

이런 광-방출 프로세스는 LED를 냉각시켜 그것이 열전 냉각기와 비슷하게 작동하게 만든다. 비록 실온에서 실질적인 냉각을 제공하기에는 불충분하지만, 그것은 열을 생성하지 않는 조명을 디자인하는 데 잠재적으로 사용될 수 있을 것이다. 열 펌프로 사용될 때, 이 디바이스는 고체 상태 냉각 응용 또는 심지어 전력 생성에 유용할 것이다.

이론적으로, 이런 저전압 방법은 낮은 전압에서 효율적인 포톤 생성을 가능하게 해준다. 이런 이유로, 연구진은 이 기술이 에너지 효율의 한계를 테스트할 수 있는 새로운 방법을 제공할 수 있기를 바라고 있다. 이들의 연구 결과는 “Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity Efficiency” 라는 제목으로 Phys. Rev. Lett. 저널에 발표되었다.

첨부 그림: LED의 전력 변환 효율은 그것의 광학적 출력에 반비례한다. 인가된 낮은 전압과 고온에서 벽면의 콘센트 효율은 100% 를 넘을 수 있다.

 

출처 : http://www.physorg.com/print250190491.html