L'Institut de technique pour les semi-conducteurs (IHT, [1]) de l'Université technique de Braunschweig développe des diodes électroluminescentes (DEL) blanches à économie d'énergie dans un projet de recherche européen. Sous la direction de l'entreprise OSRAM Opto Semiconductor à Regensburg, des équipes internationales d'experts en provenance de 5 universités, 4 instituts de recherche et 5 partenaires industriels travaillent pour rendre les DEL plus abordables financièrement, plus efficaces et plus "blanches".
Même si les DEL modernes fabriquées à partir du semi-conducteur nitrure de gallium (GaN) sont déjà assez lumineuses pour être utilisées dans les phares automobiles, les applications pour l'éclairage des habitations sont encore rares. Il serait pourtant possible de réaliser de fortes économies d'énergie dans ce domaine, environ 20% de la production électrique allemande totale étant utilisée pour l'éclairage. A cause du coût de leurs processus de production, les DEL ne sont pas encore adaptées à un marché de volume en remplacement des lampes à incandescence. Par ailleurs, la fidélité du rendu chromatique des DEL n'est pas particulièrement bonne pour le moment, car la lumière qu'elles émettent ne comporte généralement que deux couleurs. La diode elle-même diffuse de la lumière bleue à partir de sa zone active, de l'indium étant incorporé dans les couches cristallines de cette zone active. La quantité d'indium définit la couleur émise ; à la surface de la diode à semi-conducteurs, une couche de colorant absorbe une part de la lumière bleue et réémet du jaune en contrepartie. La réunion des lumières bleue et jaune apparait comme blanche. Mais selon le degré de vieillissement et l'épaisseur des couches de colorant, la lumière apparait parfois bleue, parfois à dominante jaune. La sensibilité de l'oeil humain lui permet de déceler les changements de couleur les plus minimes.
"La nouveauté technologique de notre projet consiste en l'emploi de DEL constituées non pas de couches fines, mais de colonnes nanométriques tridimensionnelles", comme l'explique le Dr. Hergo Wehmann, professeur à l'IHT. De telles structures de 100 milliardièmes de mètres réalisées en plusieurs dimensions présentent des avantages par rapport aux DEL classiques : - La qualité cristalline des colonnes nanométriques n'étant guère influencée par le substrat sur lequel elles grandissent, il est possible de remplacer les substrats de saphir très onéreux par des substrats de silicium plus abordables et plus grands, afin de réduire les coûts de fabrication des nanoDEL. - Les petites structures permettent une émission plus facile de la lumière du semi-conducteur dans l'environnement, les colonnes agissant directement comme conducteurs de lumière. De plus, une colonne émettant de la lumière par la totalité de ses surfaces, y compris latérales, la surface active totale sera plus grande que dans le cas classique. Ainsi les nanoDEL permettent d'économiser de l'électricité. - Une surface rayonnante unique et étendue peut être constituée de nombreuses nanoDEL émettant des couleurs différentes. Ces couleurs seront ensuite mêlées en un blanc agréable et "chaud".
Le groupe de recherche du Prof. Andreas Waag de l'IHT est soutenu par l'Union européenne à hauteur de 850.000 euros, et s'intéresse en particulier à la fabrication et l'optimisation des nanostructures. Le projet s'appelle SMASH (Smart Nanostructured Semiconductors for Energy-Saving Light Solutions) et sera soutenu par la Commission européenne pendant les trois prochaines années avec un total de 12 millions d'euros.
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[1] L'IHT appartient à la faculté d'électrotechnique, technique de l'information et physique. Avec ses 40 collaborateurs, l'Institut se consacre à la recherche en nanostructures de semi-conducteurs et de leurs applications pour les nanoDEL, les générateurs thermoélectriques, les capteurs à haute température ou à nanoparticules ainsi que les cellules solaires.
- Informations supplémentaires sur les ampoules utilisées en Allemagne : "Ampoules basse consommation : à la recherche d'un éclairage plus "chaud" ?", BE Allemagne 451 - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/60499.htm - 16/09/2009 - Prof. Andreas Waag - Institut de technique pour les semi-conducteurs de l'Université technique de Braunschweig - Hans-Sommer-Straße 66, D38106 Braunschweig - tél : +49 531 391 3774 - email : a.waag@tu-braunschweig.de - http://www.iht.tu-bs.de