LED opnår en virkningsgrad over 200 pct. ved at omdanne varme til lys

Moderne halvledermaterialer er mest kendt for deres varmeproblemer, men de kan også virke som små kølemaskiner, viser nyt amerikansk eksperiment.

Forskere fra Massachusetts Institute of Technology har lavet en LED, der har en effektivitet på mere end 200 pct. ved at omdanne varme til lys.

»Det er et historisk vigtigt gennembrud, der kan føre til teknologisk interessante applikationer,« siger en ekspert på området, Jukka Tulkki fra Aalto-universitetet i Finland, til Physicsworld.

Han peger bl.a. på, at lysdioden ved at omdanne varme til lys kan afkøle omgivelserne - om end det foreløbig kun er muligt i meget lille omfang.

Parthiban Santhanam fra MIT har opnået en effektivitet på over 200 pct. for lysdioder.

En af forskerne bag lysdioden, Parthiban Santhanam, mener dog selv, at en højeffektiv lysdiode vil være mere interessant som lyskilde inden for f.eks. spektroskopi eller kommunikation.

Et hovedproblem er dog, at lyskilden er meget svag. Forskerne opnåede den høje virkningsgrad ved en input-effekt på 30 picowatt og en output-effekt på 70 picowatt.

Læs også: Højere effektivitet er svaret på LED'ens varmeproblem

Lysdioder virker ved, at elektroner og huller (steder i halvlederkrystallen, hvor der mangler elektroner) 'rekombinerer' ved, at en fri elektron indtager en ledig plads i halvledermaterialer (hullet).

Samtidig udsendes en foton, der fører den overskudsenergi væk, der herved udløses. Energiens størrelse og derved bølgelængden af det lys, som udsendes, er bestemt af energigabet i halvledermaterialet.

Der skal en spændingsforskel over lysdioden til for at sætte elektroner og huller i bevægelse, så de kan rekombinere.

I normale lysdioder er det langtfra alle elektron-hul-rekombinationer, der giver anledning til udsendelse af lys. Effektiviteten er langt under 100 pct.

Mange elektron-hul-rekombinationer giver i stedet anledning til opvarmning af lysdioden, som kan opfanges af halvledermaterialet i form af vibrationer eller fononer.

Den tjekkiske forsker og halvlederpioner Jan Tauc viste dog allerede i 1957, at der findes en mekanisme, der kan trække varme ud af et halvledermateriale, så det vil afkøles, samtidig med at det udsender lys.

Ingen har dog opnået denne effekt før nu.

Læs også: LED haler ind på OLED's lave energiforbrug

MIT-forskerne udvalgte sig en lysdiode med et lille båndgab, som de opvarmede til 135 grader og påtrykte en spænding på kun 70 mikrovolt, så den virkede som en normal modstand.

Under disse betingelser er det kun 1 promille af elektronerne, der bevæger sig gennem lysdiode, som giver anledning til udsendelse af fotoner.

Alligevel kunne forskerne måle et lys-output på 70 picowatt for et elektrisk input på 30 picowatt, ved at varme blev omsat til lys.

Forskerne brugte en meget lav spænding og strømstyrke gennem lysdioden, da den elektriske effekt er proportional med kvadratet på strømstyrken, og den optiske effekt er proportional med strømstyrken.

Derfor vil en halvering af spændingen resultere i en fordobling af effektiviteten.

Dokumentation

MIT-forskernes artikel i Physical Review Letters
Jan Taucs artikel fra 1957:
Artikel fra physicsworld.com

Kommentarer (45)

Så skal man bare fremstillen "solcelle", der passer til og kan høste mere end 50% af det generede lys som strøm, så kører bussen: Vi høster mere energi end vi investerer.

  • 1
  • 1

Kun et fjols prøver at omgå termodynamikkens hovedsætninger.

Hele systemet (varme, el, lys) bryder naturligvis ikke termodynamikkens love. Det undrer mig, at læsere på ing.dk ikke kan eller vil forstå det.

  • 1
  • 2

Hvis vi fortsat kan regne med det helt centrale aksiom i fysiken, nemlig at energi hverken kan skabes eller tilintetgøres, ser jeg visse problemer ved disse "mirakeldioder":

De skal have en vis strøm at "leve af". Og OK, hvis dioden virkelig i kraft af dette kan køle sine omgivelser, skal man jo altså lige huske på, at al lys der bliver afgivet, bliver omdannet til varme så snart det rammer noget fast stof (som er mørkt nok til at absorbere det).

I allerbedste fald kunne man måske opnå at flytte lidt varmeenergi et andet sted hen - det kan gøres meget mere effektivt med andre halvlederkomponenter, så som et Peltier-element.

Prøv at montere en diode i et sort præcisions-kalorimeter, og fortæl os så igen at den har en virkningsgrad på over 100 %.

Faktisk har alle elektronikkomponenter en termisk virkningsgrad på præcis 100 % - al den energi vi putter ind i dem, bliver 100 % effektivt omdannet til varme - før eller senere !

Det eneste vi kan håbe på, er at få lov til at "låne" en del af energien i form af lys (som aldelse omgående bliver omdannet til varme) eller mekanisk bevægelsesenergi (som noget langsommere bliver til varme).

Al energi vi "bruger" bliver i sidste ende til varme, og i det regnestykke eksisterer der ikke virkningsgrader på over 100 %.

  • 0
  • 1

Det svarer til at kalde et kulkraftværk en evighedsmaskine. De stopper begge med at virke når der ikke er varmt nok. ;-)

Jeg kan se hvad du mener, men for at man kan høste energi kræver det både at den fungerer ved temperaturer der ligger indenfor det man kan vente udendørs (under 45 grader Celsius), og at den fungerer ved højere spænding. Den diode de har brugt her vil være 2,85*10^9 år på at producere en kiloWatttime ekstra lys ift inputtet - det er næppe rentabelt, materialer og produktion taget i betragtning. Hvis man skal varme luften op for at køle den ned igen vinder man ikke noget uanset.

Det er helt sikkert en fordel at varmen kan udnyttes til ekstra produktion af lys, og samtidig afkøling af omgivelserne - men indtil videre tror jeg at vi skal fejre det som en nyudviklet teknologi og ikke andet.

  • 1
  • 0

Jeg kan se, at det er nødvendigt at skære det ud i pap.

Denne artikel handler om, at man kan få mere optisk effekt ud end elektrisk effekt, man putter ind - ved at omdanne varme til lys - i overensstemmelse med alle fysikkens love.

Det er forudsagt allerede i 1957, men først nu i 2012 har man udført eksperimentet. Det er nyheden - der er måske visse anvendelser, som antydes i artiklen, men det må tiden vise.

  • 0
  • 1

De har (som flere har nævnt) ikke opfundet en evighedsmaskine. Fidusen er at det er blevet muligt at ændre varme til lys... Lys kan vi i dag lave om til elektrisk energi og elektrisk energi kan vi bruge til hvad vi ønsker (bevægelse, lys, varme osv.) I sidste ende ender al vores energi som varme...

Hvis det lykkes at lave en enhed der kan ændre varme til lys, ved stuetemperatur og dette lys kan omdannes til elektrisk energi der kan gemmes på et batteri, kan vi f.eks. forbedre virkeeffekten på en solfanger mange gange... Solfangeren er mest effektiv når den køles og hvis kølingen kan anvendes til at belyse solfangeren så den laver endnu mere energi, betyder det ikke noget at enheden har et mindre strømforbrug (bare den samlet effektivitet forbedres... Hvis enheden samtidig afkøler omgivelserne, så betyder det heller ikke noget med mindre at vi ligefrem hiver så meget energi ud af atmosfæren at vi får en isplanet igen... I en computer vil det heller ikke være det store problem at der findes enheder der kan køle f.eks. processorer mens de udføre deres opgave: at sende lyssignaler mellem computerens forskellige enheder. Det vil gøre computeren endnu mere energieffektiv at der ikke skal bruges yderligere energi til køling...

  • 0
  • 0

Jeg må ha fat i nogen af disse lysdioder til et nyt køleskab!

Som fodboldspilleren udtalte: Jeg gav mig 117% - derfor vandt vi. Næste gang gir han sig nok 117.000%

  • 0
  • 0

Pierre Debié har heller ikke fattet pointen. Er det mon min dårlige forklaringer, eller er det fordi, det er fredag eftermiddag?

  • 1
  • 1

Er det det lampen i køleskabet bruges til?
Det kan jeg gøre bedre. Jeg kan varme noget metal op til 1000grader og sende en smule strøm igennem det. Så vil jeg måle enorme procenter af lys relativt til eleffekten og samtidig bliver metallet kølet.
Spøg til side, men det er svært at se det epokegørende ud fra beskrivelsen.

  • 1
  • 0

Det er vel ikke nødvendigvis lyset der er det man ønsker sig. Såfremt muligheden for at fjerne varme er det man søger, er der vel egentlig tale om en COP-faktor i stedet for?

  • 0
  • 0

Pierre Debié har heller ikke fattet pointen. Er det mon min dårlige forklaringer, eller er det fordi, det er fredag eftermiddag?

Nej, det tror jeg ikke. Det skyldes manglende grundvidenskabelig forståelse i kombination med dårlige læseevner. Plus naturligvis, at det er så uendelig nemt at skrive et eller andet tåbeligt uden at tænke først.

Pierre har bare overset, at han først skal varme køleskabet op - hvilket i almindelighed er ufordelagtigt.

  • 0
  • 1

Kun et fjols prøver at omgå termodynamikkens hovedsætninger.

Hele systemet (varme, el, lys) bryder naturligvis ikke termodynamikkens love. Det undrer mig, at læsere på ing.dk ikke kan eller vil forstå det.

Hej Jens, Michael og især andre

Prøv at læse følgende:

Mar 8, 2012, LED converts heat into light:
http://physicsworld.com/cws/article/news/4...
Citat: "...
A light-emitting diode (LED) that emits more light energy than it consumes in electrical energy has been unveiled by researchers in the US. The device – which has a conventional efficiency of greater than 200% – [b]behaves as a kind of optical heat pump that converts lattice vibrations into infrared photons, cooling its surroundings in the process.[/b]
...
At first glance this conversion of waste heat to useful photons could appear to violate fundamental laws of thermodynamics, but lead researcher Parthiban Santhanam of the Massachusetts Institute of Technology explains that the process is perfectly consistent with the second law of thermodynamics. [b]"The most counterintuitive aspect of this result is that we don't typically think of light as being a form of heat. Usually we ignore the entropy and think of light as work," he explains. "If the photons didn't have entropy (i.e. if they were a form of work, rather than heat), this would break the second law. Instead, the entropy shows up in the outgoing photons, so the second law is satisfied."[/b]
...
However, he cautions that the cooling power of this particular device is extremely low and not great enough for any practical applications.
..."

  • 0
  • 0

Nu må du styre dig. Artiklen handler om el-effektivitet og siger HELT klart at den suger energi fra omgivelserne.

Det var sådan set det jeg prøvede at sige - jeg har svært ved at se den principielle forskel på disse dioder og et ganske almindeligt peltier-element. Et Peltier-element tager også noget strøm, og snupper ved samme lejlighed lidt varme fra den ene side af elementet, og afleverer den opsugede varme + den afsatte elektricitet konverteret til varme på den anden side af elementet.

Den eneste forskel er at energien fra et peltier-element afleveres ved en noget længere bølgelængde, hvorimod dioderne afleverer (noget af) energien som synligt lys.

Men det er da muligt at jeg har misforstået noget. Lad mig derfor spørge: Når man taler om en virkningsgrad på 200 %, betyder det så at man kan putte 1 watt elektrisk energi, og få 2 watt lysenergi ud - samtidig med at man fjerner 1 watt i varmeenergi ?

Hvis det er tilfældet, hvor længe kan man så fortsætte med dette ? På et eller andet tidspunkt må dioden jo være kølet ned til det absolutte nulpunkt ?

Eller er det sådan, at man (lige som i peltier-elementet) kan opnå en vis sænkning at temperaturen et sted på chip'en, mod til gengæld at få en tilsvarende større varmeudvikling et andet sted på chip'en ?

  • 0
  • 0

Hvis nogen vil ud og købe en milliard lysdioder, så skal det være med denne grundstofsammensætning:

Phys. Rev. Lett. 108, 097403 (2012), Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity Efficiency:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i9/e0...
Citat: "...
In0,15Ga0,85As0,13Sb0,87 infrared LED
...
wavelength near 2,42 um
...
even without bias the LED’s 135°C active region emits approximately 40 nW of blackbody radiation in this wavelength range; the lock-in technique was necessary to separate the 69 pW of electrically driven optical power from the portion of that blackbody background which was incident on the detector surface.
..."

  • 0
  • 0

@AB

Det skyldes manglende grundvidenskabelig forståelse i kombination med dårlige læseevner.

Netop! Det der undrer mig er en effektivitet på over 200%, men i forhold til hvad(?)! Jeg ser altid med skepsis på, når der optræder værdier på over 100% - selvfølgelig bortset fra de tilfælde hvor det drejer sig om tilvækst eller profit ;-)

  • 0
  • 0

Tak til Glenn for at linke til originalartiklen - vores indlæg har krydset hinanden, jeg fandt artiklen lige efter at jeg skrev mit seneste indlæg.

Og jeg kan jo så her se, at dioderne på forhånd skal varmes op til 135 grader C - en temperatur hvor de allerede har et "lys"output 40 nW som altså i runde tal er tusinde gange mere end de 69 pW elektrisk energi man måler på.

To ting: For det første er det lys-output der tales om [b]infrarødt[/b] lys, hvilket jo gør det lidt uegnet til belysningsformål.

Og for det andet er de effekter man måler på så mikroskopisk små, at der er meget svært at få øje på praktiske anvendelsesmuligheder. Men det er da bestemt en interessant effekt.

Stadigvæk mener jeg dog at et peltier-element, som kan købes "rundt om hjørnet" (f.x. hos Brinck Elektronik,https://www.elextra.dk/main.aspx?page=arti... ) kan gøre jobbet bedre, og ved langt mere dagligdags effekter.

  • 0
  • 0

Det er forudsagt allerede i 1957, men først nu i 2012 har man udført eksperimentet. Det er nyheden - der er måske visse anvendelser, som antydes i artiklen, men det må tiden vise.

Er det ikke forudsagt væsentligt før ? Det er jo ikke markant forskelligt fra den termoelektriske effekt ("peltier elementer")

  • 0
  • 0

Vi skal blot opkonvertere fra MIR (ca. 5-30um, http://da.wikipedia.org/wiki/Infrar%C3%B8d... ) til synligt lys (belysning) - eller til 900-1000nm (NIR) til Si-solceller:

Enhanced light absorption in GaN/AlGaN midinfrared detectors and application for pixel-less upconversion imaging:
http://link.aip.org/link/?JAPIAU/103/044507/1
Citat: "...
we can carry out the photon frequency upconversion from MIR to violet light
...
working temperature of GaN/AlGaN HEIWIP is ca. 5.3 K
...
incoming 8um MIR light
..."

-

Og nu til solcelle opkonverterende briller og PETE:

spie.org: Upconverting glasses for high-efficiency solar cells:
http://spie.org/x37778.xml?ArticleID=x37778
Citat: "...
We used this method to convert low-energy photons into high-energy ones demonstrating an increase in the efficiency of a photovoltaic system. Specifically, our system is glass doped with the trivalent rare-earth ion erbium (Er3+)
..."

Stanford University (2010, August 2). New solar energy conversion process could double solar efficiency of solar cells. ScienceDaily. Retrieved October 2, 2010:
http://www.sciencedaily.com/releases/2010/...
Citat: "...
The process, called "photon enhanced thermionic emission," or PETE, could reduce the costs of solar energy production enough for it to compete with oil as an energy source
...
Melosh's group figured out that by coating a piece of semiconducting material with a thin layer of the metal cesium, it made the material able to use both light and heat to generate electricity
...
Melosh calculates the PETE process can get to 50 percent efficiency or more under solar concentration, but if combined with a thermal conversion cycle, could reach 55 or even 60 percent -- almost triple the efficiency of existing systems
..."

Reelt set burde man sætte nedkonverterende glas foran som (effektivt) laver det synlige lys om til ca. 900-1000nm NIR, hvor dagens Si-solceller er optimale med ca. 50% virkningsgrad!:

Discover Circuits Magazine: Light Powered Cell Phone Battery Charger. By: Dave Johnson:
http://www.discovercircuits.com/dc-mag/Iss...
Citat: "...
The curve below is the typical light sensitivity for a silicon solar cell
...
It turns out that if 900nm light were used the conversion efficiency is about 50%
..."

  • 0
  • 0

Sådan er det jo altid med grundforskning. Svært at se at det direkte kan bruges til noget produktivt, men på lang sigt kan det have perspektiver. Dengang radiorøret blev opfundet, havde de nok heller ikke tænkt på internettet.

  • 0
  • 0

Hvorfor kan du så ikke indse at det er smart at konvertere varme til lys? Kender du andre processer der kan konvertere termisk energi til lys passivt?

Ja, det var jo det jeg skrev. Varm et fast stof op til 1000grader, så konverteres en masse af varmen til synligt lys, hvor svært kan det være.
Du kan også tænde et stearinlys, det omformer også helt passivt varme til lys.
Det er muligt de har fundet noget specielt, men så er presseafdelingen gået i selvsving uden at tænke over hvad de skrev.

  • 0
  • 0

Dengang radiorøret blev opfundet, havde de nok heller ikke tænkt på internettet.

Og hvad er det højeste antal radiorør der nogensinde har været anvendt til internettet ? Jeg gætter på 0 !

De små dimser som erstattede radiorøret hedder transistorer, og de benytter en fuldstændig anderledes teknologi end radiorør.

  • 0
  • 0

[quote]Dengang radiorøret blev opfundet, havde de nok heller ikke tænkt på internettet.

Og hvad er det højeste antal radiorør der nogensinde har været anvendt til internettet ? Jeg gætter på 0 !

De små dimser som erstattede radiorøret hedder transistorer, og de benytter en fuldstændig anderledes teknologi end radiorør.
[/quote]

Hej Niels

Har du nogensinde set web-sider på et billedrør baseret monitor/fjernsyn? ;-)

(PS: Et billedrør er et eksempel på et elektronrør/radiorør)

  • 0
  • 0

Jaja men radiorøret blev brugt til de første computere ikke sandt. Colossus eksempelvis. Derefter kom transistoren, og endnu flere computere og folk forbandt dem så på et tidspunkt.

Jeg er godt klar over at vi bruger transistorer i computere i dag!

Du forstod vist ikke min pointe med, at grundforskning kan kaste ting af sig som man ikke lige havde tænkt på til at starte med. Jeg valgte med vilje et lidt ekstremt eksempel.

Hvis du vil have et lettere eksempel, så kan vi tage radiorøret igen. Det kan også bruge til at lave røntgenstråler. Så kan man tage røntgen billeder. Det havde man nok heller ikke tænkt på til at starte med.

Nårhja jeg gider ikke at diskutere mere. God weekend.

  • 0
  • 0

Har du nogensinde set web-sider på et billedrør? ;-)

(PS: Et billedrør er et eksempel på et elektronrør/radiorør)

Jamen det har du da ret i :-) Men jeg mener nu at det er en overdrivelse at sige, at internet er et spin-off fra rørteknologien. Faktisk var det computerne der (især) nødvendiggjorde opfindelsen af transistoren: Efterhånden som computerne voksede, og fik flere og flere rør, blev de ramt af at MTBF (Mean Time Between Failure) for rør er så kort, at der næsten altid vil være mindst et rør som ikke virker. Og så virker computeren heller ikke.

Du forstod vist ikke min pointe med, at grundforskning kan kaste ting af sig som man ikke lige havde tænkt på til at starte med. Jeg valgte med vilje et lidt ekstremt eksempel.

Jo, jeg forstod den godt - og jeg skrev jo netop også at det er en interessant effekt. Jeg har bare lidt svært ved at se den store nyhed i dette, al den stund at effekten næppe adskiller sig væsentligt fra den velkendte termoelektriske effekt.

  • 0
  • 0

Hej Niels

Faktisk er det en brugbar lysleder/optisk fiber, som har muliggjort spredning/udveksling af den enorme mængde bits:

Lysleder/optisk fiber:
http://da.wikipedia.org/wiki/Optisk_fiber
Citat: "...
I 1965 foreslog Charles K. Kao og George A. Hockham fra det Britiske firma Standard Telephones and Cables at optiske fibres dæmpning blev forårsaget af urenheder, som kunne fjernes. De spekulerede i at optiske fibre kunne blive et anvendeligt medium for kommunikation, hvis dæmpningen kunne reduceres til under 20 dB per kilometer (Hecht, 1999, p. 114). Dette dæmpningsmål blev nået i 1970, af forskerne Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz og Frank Zimar, der arbejdede for det amerikanske glasmager Corning Glass Works, nu Corning Inc.. De demonstrerede et optisk fiber med en optisk dæmpning på 17 dB per kilometer af titanium-doteret Siliciumbaseret glas. Et par år senere producerede de et fiber med kun 4 dB/km ved anvendelse af germaniumoxider som kernedotering. Disse lave dæmpninger bebudede optiske fibres anvendelse til telekommunikation og muliggjorde internettet. I dag er optiske fibres dæmpning langt mindre end elektriske kobberkabler, hvilket ledte til fiberforbindelser på op til 500 - 800 km uden repeater.
..."

  • 0
  • 0

Faktisk er det en brugbar lysleder/optisk fiber, som har muliggjort spredning/udveksling af den enorme mængde bits:

Det ved jeg godt, Glenn - men jeg har lidt svært ved at se forbindelsen til supereffektive LEDs med et absolut minimalt optisk output ?

  • 0
  • 0

Som studerende finder jeg det utrolig mystisk at man kan opnå en effektivitet på over 100%. De gange vi (de studerende på mit studie) har opnået resultater som disse har det alle gangene været pga. sjusk med vores fremgangsmåde eller måleusikkerheder, hvor det anvendte apparatur har været for dårligt til opgaven.

Jeg er ganske klar over instanser i denne kaliber har adgang til noget ganske fint (advanceret) udstyr, men når vi foretager eksperimenter, hvor vi måler i størrelsesordenen pico-Watt (10^-12), så betyder disse usikkerheder utroligt meget!

Poul-Henning Kamp:

Jo, Peltier-effekten blev opdaget før 1957, så det er ikke helt så nyt som det fremgår i artiklen.

  • 0
  • 0

"...uden at involvere komplicerede maskiner som fx Stirlingmotorer med generator. Det er in-situ omdannelse i denne diode."

Er det ikke stort set hvad der foregår i en almindelig (ulovlig) glødepære?
OK - ved noget højere temperatur, ganske vist - og selvfølgelig er det her spændende... Men man KAN altså godt lave lys af varme, ved at påtrykke et-eller-andet en spænding, uden komplicerede maskiner på stedet.

  • 0
  • 0

Lad mig lige uddybe: Glødepæren laver ikke lys ud af varme. Den laver lys ud af elekticitet med 90+ % tab i form af varme. Varmen er en uønsket bieffekt.

Sådan kan du ikke stille det op. Varmen fra en glødepære er IKKE en uønsket sideeffekt - det er simpelthen varmen der skaber lyset.

Hvis vi kunne køle glødetråden i en elpære ned, kunne vi sende al den elektricitet vi ville igennem pæren - der ville ikke komme noget lys.

Har du lagt mærke til, at dioderne skal opvarmes til 135 grader C før de har den høje virkningsgrad ? Og har du lagt mærke til at det udsendte lys altså er infrarødt (blandt venner kaldet varmestråling) ?

Så jo, det ENESTE disse dioder gør, er at flytte noget varme fra et sted til et andet. Alt andet ville også være en overtrædelse af termodynamikkens 2. lov, og SÅ ville det blive interessant. Men det kommer ikke til at ske.

  • 0
  • 0

Dette er en opdagelse på højde med Seebeck-effekten.

Det er nemlig præcist hvad det er. Og Seebeck-effekten er en afledet effekt af to andre: Peltier-effekten og Thomson-effekten.

Disse tre effekter er de tre man kender, og de har været kendt siden begyndelsen af 1800-tallet. Opdageren af Thompson-effekten, William Thompson, er i dag bedre kendt som Lord Kelvin, og han har bl.a. også givet navn til den absolutte temperaturskala.

Som Jens Ramskov også er inde på, der er ingen der påstår "overunity" her, det handler KUN om at flytte noget varme fra et sted til et andet.

Og den i første omgang imponerende oplysning om konvertering af varme til lys, blegner noget når man finder ud af, at det altså er infrarødt lys vi taler om.

http://www.daviddarling.info/encyclopedia/...

  • 0
  • 0

[quote]Overhovedet ikke. Glødepæren har en effektivitet på under 10%. Den omtalte diode er over 200%

Lad mig lige uddybe: Glødepæren laver ikke lys ud af varme. Den laver lys ud af elekticitet med 90+ % tab i form af varme. Varmen er en uønsket bieffekt.[/quote]

Den var god.... hæhæhæ, ja du har ret, nu skal vi bare få tråden til at gløde uden at den bliver varm... :o)

  • 0
  • 0

Disse tre effekter er de tre man kender

Der skulle have stået 'Disse tre effekter er de tre [b]thermoelektriske[/b] effekter man kender...

  • 0
  • 0

Så jo, det ENESTE disse dioder gør, er at flytte noget varme fra et sted til et andet. Alt andet ville også være en overtrædelse af termodynamikkens 2. lov, og SÅ ville det blive interessant. Men det kommer ikke til at ske.

Forskellen på den effekt der beskrives i artiklen og Peltier-effekten er at dioderne afkøler sig selv ved at udsende lys, mere lys end der ses ved almindelig sortlegme stråling (som i en glødepøre), Et Peltier-element bliver varmt på den ene side og koldt på de anden.

  • 0
  • 0

Et Peltier-element bliver varmt på den ene side og koldt på de anden.

Og som følge deraf udsender peltier-elementets varme side sortlegemestråling (infrarødt lys, præcis som dioderne) hvilket fører til en afkøling.

Prøv at slå sortlegemestråling som funktion af temperaturen op, så vil i se, at det udsendte lys fra et 135 grader varmt sort legeme har samme bølgelængde som det "lys" dioderne udsender.

Der er altså tale om, at "lys"udsendelsen køler chippen en anelse mere, end den ville blive kølet helt uden at man sender strøm igennem den.

Jeg indrømmer det gerne igen: JA, det er en interessant effekt. Men en ganske ganske lille effekt.

Og igen, hvis afkølingen virkelig er større end den elektriske effekt man sender ind, må dioden jo blive koldere og koldere. Og når man starter med at opvarme dioden til 135 grader C, er det nok et meget godt gæt at effekten forsvinder igen når dioden er blevet afkølet med blot nogle få grader.

Og rigtigt inetressant bliver det først, hvis man kan få effekten til at virke ved stuetemperatur og ved udsendelse af synligt lys.

  • 0
  • 0

Nej. Thomson/Peltier effekten er bare et spørgsmål om at flytte varme fra A til B. Det er principielt uinteressant (men meget praktisk).

Det er også hvad disse dioder gør. Igen, læg venligst mærke til at dioden skal være varmet op til en temperatur der i sig selv gør at dioden udsender masser af infrarødt lys ved præcis samme bølgelængde som den ganske lille lille bitte smule ekstra infrarødt lys der udsendes som følge af den meget lille strøm man sender igennem.

Så kan du grine af at det "kun" et påvist med IR dioder...

Hvem siger at jeg griner ? Jeg har jo tvært imod nu flere gange skrevet at jeg synes det er en interessant effekt.

Hvis jeg skulle grine af noget, skulle det da være dem der ikke kan kende forskel på synligt lys og IR-stråling. Du kan IKKE bruge disse dioder som "lyskilder". Og hvis man kunne, ville det være langt mere simpelt at opvarme dem (eller en tilfældig klump af et eller andet sort) til de 135 grader, og så glemme den sidste promille "lys" man kunne hente ved at sende en lille strøm igennem. Og ja, "lysudbyttet" fra dioderne er ca. en promille af den lysstyrke de allerede "lyser" med i kraft af deres temperatur.

Der lurer et Nobel-pris kandidatur hvis det kan verificeres.

Hvis du aspirerer til en plads i Nobel-komiteen tror jeg lige at du skal læse lidt op på din thermodynamik først !

  • 0
  • 0

De links der hidtil har været bragt, var til en artikel som blev bragt i Physicsworld.com. Denne artikel nævner den oprindelige artikel som værende fra Physical Review Letters.

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i9/e0...

Her er et klip fra den artikel:

A heated semiconductor light-emitting diode at low forward bias voltage V<kBT/q is shown to use electrical work to pump heat from the lattice to the photon field.

Der er altså klart tale om at anvende en elektrisk effekt til at [b]flytte varme fra krystalgitteret og ud i nogle fotoner[/b]

  • 0
  • 0

@AB
[quote]Det skyldes manglende grundvidenskabelig forståelse i kombination med dårlige læseevner.

Netop! Det der undrer mig er en effektivitet på over 200%, men i forhold til hvad(?)! Jeg ser altid med skepsis på, når der optræder værdier på over 100% - selvfølgelig bortset fra de tilfælde hvor det drejer sig om tilvækst eller profit ;-)[/quote]

Der står jo tydeligt, at det er det emitterede lys i forhold til den elektriske energi. Det er bare at læse....

  • 0
  • 0

Som studerende finder jeg det utrolig mystisk at man kan opnå en effektivitet på over 100%. De gange vi (de studerende på mit studie) har opnået resultater som disse har det alle gangene været pga. sjusk med vores fremgangsmåde eller måleusikkerheder, hvor det anvendte apparatur har været for dårligt til opgaven.

Jeg er ganske klar over instanser i denne kaliber har adgang til noget ganske fint (advanceret) udstyr, men når vi foretager eksperimenter, hvor vi måler i størrelsesordenen pico-Watt (10^-12), så betyder disse usikkerheder utroligt meget!

Poul-Henning Kamp:

Jo, Peltier-effekten blev opdaget før 1957, så det er ikke helt så nyt som det fremgår i artiklen.

Læs dog hvad der står, før du kvajer dig. 2xlys for (1xstrøm + en hel del varme)

  • 0
  • 0

@AB

Der står jo tydeligt, at det er det emitterede lys i forhold til den elektriske energi. Det er bare at læse....

Jeg læser at forskerne opnåede den høje virkningsgrad ved en input-effekt på 30 picowatt og en output-effekt på 70 picowatt. Men når der tales om en effektivitet på over 200%, er den tilførte effekt til at holde dioden på 135°C så medregnet?

  • 0
  • 0

Men når der tales om en effektivitet på over 200%, er den tilførte effekt til at holde dioden på 135°C så medregnet?

Nej, det er lige der hunden er begravet.

Først skal man bruge en ikke nærmere specificeret energi på at opvarme dioden til 135 grader, og løbende tilføre mere energi for at holde den på denne temperatur.

[b]Derefter[/b] tilfører man så 30 picowat elektrisk energi, og kan så konstatere at den udsendte "lys"energi stiger med 70 picowat. Effekten betyder altså bare, at man har lavet en utroligt lille varmepumpe uden bevægelige dele. Men den beregnede virkningsgrad "snyder", for den sammenligner et samlet output med det ene af to i princippet forskellige input.

Som det har været nævnt et par gange, der er ingen "free lunch", og thermodynamiken overlever (som altid !).

  • 1
  • 0

Det er da egentligt meget godt klaret at konvertere varmeenergi ved 135 grader til lys ved ? bølgelængde! Altså forudsat ? dækker over synligt lys...

  • 0
  • 0

Altså forudsat ? dækker over synligt lys...

Ja, men det gør det ikke. Dioderne afgiver infrarødt lys med en bølgelængde der ikke adskiller sig væsentligt fra den bølgelængde som et sort legeme stråler med ved 135 grader.

Som skrevet står ca. 27 gange i løbet af diskussionen !

Fordelen ved at læse hvad det egentlig er at der diskuteres er, at man så slipper for at lave arbejdet med at finde og gennemlæse originalartiklen selv. Det er der flere andre der allerede har gjort, hvis man altså blot gider skimme diskussionen igennem inden man poster.

Nå ja, undskyld. Det var bare et lille surt opstød der skulle ud.

  • 0
  • 1

Ja, men det gør det ikke. Dioderne afgiver infrarødt lys med en bølgelængde der ikke adskiller sig væsentligt fra den bølgelængde som et sort legeme stråler med ved 135 grader.

Som skrevet står ca. 27 gange i løbet af diskussionen !

Jeg må indrømme at jeg ikke har læst originalartiklen.

Men, som jeg læser Jens's udlægning, er det interessante at man også får et bidrag af udstråling skabt i diodens båndgab.

  • 0
  • 0

Det er forudsagt allerede i 1957, men først nu i 2012 har man udført eksperimentet. Det er nyheden - der er måske visse anvendelser, som antydes i artiklen, men det må tiden vise. - skrev jeg og Poul Henning Kamp spurgte efterfølgende:

Er det ikke forudsagt væsentligt før ? Det er jo ikke markant forskelligt fra den termoelektriske effekt ("peltier elementer")

Der er måske en sammenhæng, men når det gælder de specifikke forhold i halvledere kan jeg se, at den tjekkiske forsker Jan Tauc fremhæves af alle eksperter, som far til teorien.

Jeg indrømmer gerne, at ham kendte jeg ikke på forhånd, så i den almindelige oplysnings tjeneste flettede jeg ham ind i artiklen.

Han er faktisk en spændende personlighed.

Læs mere om Jan Tauc (1922-2010) her:
http://nas.nasonline.org/site/DocServer/Ta...ID=76061

  • 0
  • 0

Når jeg kigger tråden igennem kan jeg ikke se nogen har givet tal for den udstrålede bølgelængde. Hvem mener du skulle have kommenteret det?

  • 1
  • 0

  1. mar 2012 kl 17:34 skrev Glenn Møller-Horst:

Phys. Rev. Lett. 108, 097403 (2012), Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity Efficiency:
http://prl.aps.org/abstract/PR...7403
Citat: "...
In0,15Ga0,85As0,13Sb0,87 infrared LED
...
wavelength near 2,42 um
...
even without bias the LED’s 135°C active region emits approximately 40 nW of blackbody radiation in this wavelength range; the lock-in technique was necessary to separate the 69 pW of electrically driven optical power from the portion of that blackbody background which was incident on the detector surface.

Samme dag 17:53 skrev undertegnede bl.a.:

For det første er det lys-output der tales om infrarødt lys, hvilket jo gør det lidt uegnet til belysningsformål.

  1. Marts kl. 11:30 skrev undertegnede bl.a.:

Og har du lagt mærke til at det udsendte lys altså er infrarødt (blandt venner kaldet varmestråling) ?

Samme dag, kl. 11:53 skrev jeg bl.a.:

Og den i første omgang imponerende oplysning om konvertering af varme til lys, blegner noget når man finder ud af, at det altså er infrarødt lys vi taler om.

Samme dag, kl.14:20:

Prøv at slå sortlegemestråling som funktion af temperaturen op, så vil i se, at det udsendte lys fra et 135 grader varmt sort legeme har samme bølgelængde som det "lys" dioderne udsender.

Kl. 14:30, Michael Eriksen:

Så kan du grine af at det "kun" et påvist med IR dioder, men for 30 år siden kunne man hverken lave blå eller hvide lysdioder.

Kl. 15:29, undertegnede:

Igen, læg venligst mærke til at dioden skal være varmet op til en temperatur der i sig selv gør at dioden udsender masser af infrarødt lys ved præcis samme bølgelængde som den ganske lille lille bitte smule ekstra infrarødt lys der udsendes som følge af den meget lille strøm man sender igennem.

11/3, 21:55, undertegnede:

[quote]
Re: Spændende

Altså forudsat ? dækker over synligt lys...

Ja, men det gør det ikke. Dioderne afgiver infrarødt lys med en bølgelængde der ikke adskiller sig væsentligt fra den bølgelængde som et sort legeme stråler med ved 135 grader.

Som skrevet står ca. 27 gange i løbet af diskussionen !
[/quote]

Ud over disse referencer, er det klart fremgået af originalartiklen, som både Glenn og jeg har linket til, og det er fremgået underforstået i flere indlæg herudover.

Så OK, de 27 gange var en mild overdrivelse, men i hvert fald 8 gange er det blevet skrevet sort på hvidt, at det altså er [b]infrarødt[/b] lys der afgives fra dioderne, og det ved en bølgelængde der svarer meget godt til sortlegemestrålingen fra et sort legeme som - lige som dioderne - er 135 grader C. varmt.

Det er som om folk har stirret sig fuldstændig blinde på den oprindelige oplysning om, at man nu kunne konvertere varme til lys, at man overser at det "lys" der kommer ud af det, har samme bølgelængde som den sortlegemestråling som altså udgør 99,9 % af "lysudbyttet" - kun ca. 1 promille hidrører fra de få elektroner man sender igennem !

  • 0
  • 0

Ok, jeg havde overset oplysningen om en bølgelængde på 2,42 mu.

Det kunne jo være interessant med en farvetemperatur på den udsendte stråling, men forøvrigt er det interessante ved verificeringen jo ikke termodynamisk effektivitet men muligheden for at køle i et miljø hvor køling kan være yderst relevant.

  • 0
  • 0

Det kunne jo være interessant med en farvetemperatur på den udsendte stråling

Den ligger som nævnt omkring de 135 grader C, som dioderne skal opvarmes til.

Kølingen er interessant, javist, den dag man får det til at virke på normale lysdioder ved normalt synligt lys, og med et lysudbytte i Watt-klassen og ikke som her i pico-wattklassen.

Men hvis køling er så relevant, er det nok ingen god ide at man skal starte med at opvarme dioderne til 135 grader. Og den kølende effekt, som altså er i nano-watt området, forsvinder igen hvis dioden bliver koldere.

  • 0
  • 0

Det er ikke helt uinteressant for virkemåden om den udstrålede farvetemperatur er højere eller lavere end den termodynamiske baggrundstemperatur. En afklaring af det spørgsmål ville efter min opfattelse være langt mere væsentlig end forskellige indikationer af, at det nok ligger i sammen område som sædvanlig sortlegeme stråling ved 135 grader...

Pas på du ikke oversælger budskabet om at artiklen er fis i en hornlygte. Det er ikke artiklen der forsøger at skabe en sensation vedrørende et brud på termodynamikkens love - det er udelukkende tolkninger fra de personer der har travlt med at kritisere artiklen.

Da jeg ikke selv har læst originalartiklen (og forøvrigt ikke kender teorien bag) skal jeg ikke gøre mig klog på rækkevidden af verifikationen. Men jeg synes måske nok folk er lovlig harske over artiklen på et usagligt grundlag.

  • 0
  • 0

Pas på du ikke oversælger budskabet om at artiklen er fis i en hornlygte.

Det har jeg end ikke antydet. Jeg har tvært imod gentagne gange givet udtryk for at det er en interessant effekt.

Men det er jo også ligegyldigt hvad jeg skriver, det er jo så nemt at kritisere når man end ikke gider læse diskussionen igennem, endsige læse originalartiklen. I den står ellers svarene på dine spørgsmål, men hvorfor dog besvære sig med at søge fakta, når løst udslyngede påstande kan gøre jobbet for en.

Ærlig talt Stig - når du end ikke gider besvære dig med at læse artiuklen, hvorfor går du så overhovedet ind i debatten. Ikke særligt seriøst ...

  • 0
  • 0

Jeg beklager hvis jeg ikke overholder dine opfattelser af reglerne for debat. Selv ser jeg intet problem i at kommentere tråden, selvom jeg ikke læser alle trådens kommentarer endsige baggrundsartiklen, men sådan er vi jo så forskellige. Jeg håber du kan indrømme mig retten til at tolke reglerne for internetdebat anderledes end du?

Skal vi ikke være enige om, at muligheden for at køle vha lys kan være en interessant mulighed - en åbenlys applikation kunne jo være som indikation og afhjælpning af temperaturgradienter.

Man kan vel heller ikke afvise at det med tiden kan blive interessant at forøge lysudbytte vha varme.

  • 0
  • 0

Jeg beklager hvis jeg ikke overholder dine opfattelser af reglerne for debat.

Det styrer du naturligvis helt selv - jeg er milevidt fra f.x. at "rapportere" dine indlæg som upassende.

Men når du nu gentagne gange spørger til noget som allerede er nævnt flere gange, og som til overmål er udpenslet i originalartiklen, skulle jeg mene at du havde en god chance for at finde kvalificerede svar på dine spørgsmål der.

Skal vi ikke være enige om, at muligheden for at køle vha lys kan være en interessant mulighed

Jo, det ville være særdeles interessant. Men så længe vi taler IR-lys, kan du så forklare mig forskellen på dette og et peltierelement ?

en åbenlys applikation kunne jo være som indikation og afhjælpning af temperaturgradienter.

Igen et ubetinget JA - så snart det virker med synligt lys, og så snart man ikke skal opvarme lysdioderne for at få lov til at afkøle dem igen !

  • 0
  • 0

Deraf min interesse for farvetemperaturen.

Er det forskelligt fra Peltiereffekten? Ja, det er det da vist. Alene det at peltierelementer afleverer DC giver en ret åbenlys forskel. Det er jo heller ikke umuligt man med LED'er kan udnytte interessante båndgabseffekter (herunder fotoniske båndgab) til at fremelske specielle funktionaliteter. Man kunne eksempelvis forestille sig effekten fremmet ved at udnytte den store tilstandsdensitet ved kanten af et optisk båndgab til at fremme effekten ved specifikke bølgelængder, svarende til specifikke temperaturgradienter - en effekt der ville fremmes af manglen på tilstandstæthed inde i det optiske båndgab. Det kunne potentielt også giver tilstrækkelige intensiteter til at fremme ulineære effekter, såsom firebølgeblanding (der vil kunne forkorte bølgelængden).

Jeg mener stadig kommentar-tråden er altfor negativ over denne verifikation af en åbenbart velkendt teoretisk mulighed. Jeg kan forestille mig dette kan føre til et hav af spændende nye muligheder, der ligger meget langt fra hvad man kan med et peltierelement. Ikke at der er noget galt med peltierelementer, men nye opdagelser plejer at give nye muligheder. Det gælder i høj grad indenfor optikken.

  • 0
  • 0

Alene det at peltierelementer afleverer DC giver en ret åbenlys forskel.

Ovenstående viser ret klart at du ikke aner hvad du taler om. Et Peltier-element BRUGER DC - ligesom dioderne forøvrigt gør.

Forskellen er, at et Peltierelement er baseret på kontakt mellem to forskellige metaller, og egentlig ikke er en halvledereffekt.

http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectri...

  • 0
  • 0

Nå, nu skruer du dig igen op, Niels. Det er helt korrekt at peltierelementer sædvanligvis anvendes som køleelementer vha en DC-strøm, men de kan så sandelig også generere en DC-spænding og strøm, hvis de to ender holdes i varmereservoirer med forskellige temperaturer. Det ville svare til den køling du påstår LED'erne er udtryk for. Da jeg i sin tid lavede forsøg med peltierelementer var det da en ret væsentlig pointe ved øvelsen, at vi påviste effekten går "begge veje"...

Om jeg ved hvad jeg taler om er jo altid et definitionsspørgsmål, men jeg bilder mig da ind jeg ved lidt om optik. Du kan jo eventuelt Google mig...

  • 0
  • 0

men de kan så sandelig også generere en DC-spænding og strøm, hvis de to ender holdes i varmereservoirer med forskellige temperaturer.

Ja, og så plejer man at kalde det Seebech effect i stedet for. Der er masser af fysiske effekter, som er reversible. Og hvad så ? Hvad er forbindelsen til disse lysdioder ?

Du kan jo eventuelt Google mig...

Ja, jeg kan se at du er medlem af Det Radikale Venstre, interesserer dig for kommunalpolitik, og i øvrigt har skrevet nogle indlæg på Videnskab.dk om solens indflydelse på klimaet. En enkelt patentansøgning er det vist også blevet til.

Hvis det er dit imponerende CV, kan du så ikke prøve at forklare sådan en halvstuderet røver som mig, hvad du egentlig mener med dette citat:

Alene det at peltierelementer afleverer DC giver en ret åbenlys forskel.

Måske er det bare mig, men jeg kan altså ikke med min bedste vilje se, at den "forskel" du taler om (og det må vel være at dioderne IKKE afgiver en DC spænding hvis de bliver belyst ?) på nogen måde taler til diodernes fordel.

Disse dioder er simpelthen en solid-state varmepumpe med uhyggelig lille kapacitet, men nok en imponerende efektivitet, når man skruer på betingelserne for at opnå præcis denne effekt.

De 200 % effektivitet opnås jo netop kun når dioderne holdes på en konstant temperatur af 135 grader C. Tal så lige om KØLEELEMENTER igen ! Det udsendte lys ligger i det fjerne infrarøde område. Tal så lige om LYSKILDER der køler sig selv igen. Den udsendte lyseffekt er ca. 1 PROMILLE af den udstråling der kommer p.g.a. opvarmningen til 135 grader. Ved en effektivitet på 200 % betyder det at køleefekten bliver af størrelsesordenen picowatt. Tal så lige om 200 % EFFEKTIVITET igen !

Ville du installere en varmepumpe derhjemme, som kun kan hive en lillebitte promilledel varme ud af et legeme som er 135 % varmt ?

Nå, nu skruer du dig igen op, Niels.

Denne tråd handler ikke om at du og jeg skal holde pissing-contest. Jeg vil derfor foreslå at vi stopper diskussionen her.

  • 0
  • 0

Du er ikke helt med vel! Du er forøvrigt også dårlig til at google - prøv eventuelt at google på Scholar, i stedet...

De anvendelse jeg foreslog havde intet med en varmepumpe at gøre. De handlede om potentielle anvendelser som detektorer med yderst specielle egenskaber. Da optik tilsyneladende ikke lige er din spidskompetance tror jeg bare vi skal lade de forskellige muligheder ved fotoniske båndgabseffekter ligge...

Jeg ved ikke hvorfor du hænger fast i varmepumpeideen - det bliver altså næppe det man skal bruge effekten til (selvom jeg må indrømme at ideen om at bruge LED'er som varmepumper unægteligt ville være en nyskabelse)...

Tak for armlægningen...

  • 0
  • 0

Forskere ved Hong Kong Polytechnic University har udviklet et "batteri", som består af et lag graphen med to elektroder.

Når denne celle anbringes i en opløsning af kobberklorid, opstår der en spænding på 2 V over cellen.

Cellen skulle angiveligt kunne "trække" en almindelig rød LED.

Når det er interessant i denne forbindelse, er det fordi det er en mere direkte måde at producere energi ud af varme. Cellen afkøler opløsningen den er anbragt i, og så længe omgivelserne kan holde opløsningen på stuetemperatur, fortsætter processen.

Opdagelsen er endnu ikke peer-reviewed, men hvis oplysningerne holder er det den første fungerende "device" til at transformere thermisk energi direkte til elektricitet [b]uden[/b] at basere sig på en temperaturforskel som f.x. Seebech-effekten kræver.

Link til artikel på physicsworld:

http://physicsworld.com/cws/article/news/4...

  • 0
  • 0

I kan downloade det oprindelige papir fra arXiv.

Denne opdagelse ser MEGET spændende ud, men OK, den skal jo lige peer-reviewes.

Der har indsneget sin en uklarhed i artiklen på physicsworld, cellespændingen er ikke 2 V, men den er kun 0,35 V.

Furthermore, we demonstrated that this finding is of practical value by
lighting a commercial light-emitting diode up with six of such graphene devices connected in series.

Altså en direkte "høst" af elektrisk energi fra den termiske energi i ionerne i en saltopløsning.

Man forklarer effekten med, at elektroner i graphen opfører sig som relativistiske partikler uden hvilemasse. Derfor er elektronernes hastighed i graphenet langt større end i saltopløsningen.

Artiklen nævner mulige anvendelsesområder som f.x. strømforsyning til kunstige lemmer eller pacemakers.

http://arxiv.org/pdf/1203.0161v2

  • 0
  • 0