Úvod: Chen Shuming a ďalší z Južnej univerzity vedy a techniky vyvinuli sériovo zapojenú kvantovú bodovú svetelnú diódu s použitím priehľadného vodivého oxidu india a zinočnatého ako medziľahlej elektródy. Dióda môže pracovať pri kladných a záporných cykloch striedavého prúdu s externou kvantovou účinnosťou 20,09 % a 21,15 %. Okrem toho, pripojením viacerých sériovo zapojených zariadení je možné panel priamo napájať z domácej siete bez potreby zložitých obvodov. Pri napájaní 220 V/50 Hz je energetická účinnosť červeného plug and play panela 15,70 lm W-1 a nastaviteľný jas môže dosiahnuť až 25834 cd m-2.
Svetelné diódy (LED) sa stali hlavnou osvetľovacou technológiou vďaka svojej vysokej účinnosti, dlhej životnosti, polovodičovým a environmentálnym výhodám, čím spĺňajú globálny dopyt po energetickej účinnosti a environmentálnej udržateľnosti. Ako polovodičová pn dióda môže LED dióda fungovať iba pri napájaní z nízkonapäťového zdroja jednosmerného prúdu (DC). V dôsledku jednosmerného a kontinuálneho vstrekovania náboja sa náboje a Jouleovo zahrievanie hromadia v zariadení, čím sa znižuje prevádzková stabilita LED diódy. Okrem toho je globálne napájanie založené hlavne na vysokonapäťovom striedavom prúde a mnohé domáce spotrebiče, ako sú LED svetlá, nemôžu priamo používať vysokonapäťový striedavý prúd. Preto, keď je LED dióda napájaná domácou elektrinou, je potrebný ďalší menič AC-DC ako sprostredkovateľ na premenu vysokonapäťového striedavého prúdu na nízkonapäťový jednosmerný prúd. Typický menič AC-DC obsahuje transformátor na zníženie sieťového napätia a usmerňovací obvod na usmernenie vstupného striedavého prúdu (pozri obrázok 1a). Hoci účinnosť premeny väčšiny meničov AC-DC môže dosiahnuť viac ako 90 %, počas procesu premeny stále dochádza k stratám energie. Okrem toho, na nastavenie jasu LED diódy by sa mal použiť vyhradený budiaci obvod na reguláciu jednosmerného napájania a zabezpečenie ideálneho prúdu pre LED diódu (pozri doplnkový obrázok 1b).
Spoľahlivosť obvodu budiča ovplyvní životnosť LED svetiel. Zavedenie AC-DC meničov a DC budičov preto nielenže spôsobuje dodatočné náklady (ktoré predstavujú približne 17 % celkových nákladov na LED žiarovky), ale tiež zvyšuje spotrebu energie a znižuje životnosť LED žiaroviek. Preto je veľmi žiaduci vývoj LED alebo elektroluminiscenčných (EL) zariadení, ktoré je možné priamo napájať domácim napätím 110 V/220 V s frekvenciou 50 Hz/60 Hz bez potreby zložitých elektronických zariadení.
V posledných desaťročiach bolo predstavených niekoľko elektroluminiscenčných (AC-EL) zariadení riadených striedavým prúdom. Typický elektronický predradník na striedavý prúd pozostáva z vrstvy emitujúcej fluorescenčný prášk, ktorá je vložená medzi dve izolačné vrstvy (obrázok 2a). Použitie izolačnej vrstvy zabraňuje vstrekovaniu externých nosičov náboja, takže zariadením nepreteká žiadny jednosmerný prúd. Zariadenie má funkciu kondenzátora a pod vplyvom silného striedavého elektrického poľa môžu elektróny generované vo vnútri tunelovať z bodu záchytu do emisnej vrstvy. Po získaní dostatočnej kinetickej energie sa elektróny zrážajú s luminiscenčným centrom, čím vytvárajú excitóny a emitujú svetlo. Vzhľadom na nemožnosť vstrekovania elektrónov zvonku elektród je jas a účinnosť týchto zariadení výrazne nižší, čo obmedzuje ich použitie v oblasti osvetlenia a displejov.
Aby sa zlepšil jeho výkon, ľudia navrhli elektronické predradníky na striedavý prúd s jednou izolačnou vrstvou (pozri doplnkový obrázok 2b). V tejto štruktúre sa počas kladného polcyklu striedavého pohonu nosič náboja priamo vstrekuje do emisnej vrstvy z vonkajšej elektródy; Účinnú emisiu svetla možno pozorovať rekombináciou s iným typom nosiča náboja generovaného interne. Avšak počas záporného polcyklu striedavého pohonu sa vstreknuté nosiče náboja uvoľnia zo zariadenia, a preto nebudú vyžarovať svetlo. Vzhľadom na to, že k emisii svetla dochádza iba počas polcyklu pohonu, je účinnosť tohto striedavého zariadenia nižšia ako u jednosmerných zariadení. Okrem toho, kvôli kapacitným charakteristikám zariadení, je elektroluminiscenčný výkon oboch striedavých zariadení závislý od frekvencie a optimálny výkon sa zvyčajne dosahuje pri vysokých frekvenciách niekoľkých kilohertzov, čo sťažuje ich kompatibilitu so štandardným domácim striedavým prúdom pri nízkych frekvenciách (50 hertzov/60 hertzov).
Nedávno niekto navrhol elektronické zariadenie na striedavý prúd, ktoré môže pracovať pri frekvenciách 50 Hz/60 Hz. Toto zariadenie pozostáva z dvoch paralelných jednosmerných zariadení (pozri obrázok 2c). Elektrickým skratom horných elektród oboch zariadení a pripojením spodných koplanárnych elektród k zdroju striedavého prúdu je možné tieto dve zariadenia striedavo zapínať. Z hľadiska obvodu sa toto zariadenie na striedavý prúd získa sériovým zapojením zariadenia na priamy prúd a zariadenia na spätný prúd. Keď je zariadenie na priamy prúd zapnuté, zariadenie na spätný prúd sa vypne a funguje ako rezistor. Kvôli prítomnosti odporu je účinnosť elektroluminiscencie relatívne nízka. Okrem toho zariadenia na striedavý prúd môžu pracovať iba pri nízkom napätí a nemožno ich priamo kombinovať so štandardným domácim elektrickým napätím 110 V/220 V. Ako je znázornené na doplnkovom obrázku 3 a v doplnkovej tabuľke 1, výkon (jas a energetická účinnosť) uvádzaných zariadení na striedavý prúd napájaných vysokým striedavým napätím je nižší ako u zariadení na jednosmerný prúd. Zatiaľ neexistuje žiadne zariadenie napájané striedavým a jednosmerným prúdom, ktoré by bolo možné priamo napájať z domácej elektriny s napätím 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz a ktoré by malo vysokú účinnosť a dlhú životnosť.
Chen Shuming a jeho tím z Južnej univerzity vedy a techniky vyvinuli sériovo zapojenú kvantovú bodkovú LED diódu s použitím priehľadného vodivého oxidu india a zinočnatého ako medziľahlej elektródy. Dióda môže pracovať pri kladných a záporných cykloch striedavého prúdu s externou kvantovou účinnosťou 20,09 % a 21,15 %. Okrem toho, pripojením viacerých sériovo zapojených zariadení je možné panel priamo napájať z domácej siete bez potreby zložitých obvodov. Pri napájaní 220 V/50 Hz je energetická účinnosť červeného plug and play panela 15,70 lm W-1 a nastaviteľný jas môže dosiahnuť až 25 834 cd m-2. Vyvinutý plug and play kvantový bodový LED panel dokáže produkovať ekonomické, kompaktné, efektívne a stabilné polovodičové svetelné zdroje, ktoré je možné priamo napájať z domácej siete.
Prevzaté z Lightingchina.com
Čas uverejnenia: 14. januára 2025