Úvod: Chen Shuming a ďalší z Southern University of Science and Technology vyvinuli sériovo zapojenú kvantovú bodovú svetelnú diódu pomocou transparentného vodivého oxidu india a zinku ako medziľahlej elektródy. Dióda môže pracovať v kladných a záporných cykloch striedavého prúdu s externou kvantovou účinnosťou 20,09 % a 21,15 %. Navyše, pripojením viacerých sériovo zapojených zariadení môže byť panel priamo napájaný domácim striedavým prúdom bez potreby zložitých backendových obvodov. Pri pohone 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 bežnou technológiou osvetlenia vďaka svojej vysokej účinnosti, dlhej životnosti, výhodám v pevnom stave a environmentálnej bezpečnosti, čím spĺňajú globálne požiadavky na energetickú účinnosť a udržateľnosť životného prostredia. Ako polovodičová pn dióda môže LED fungovať iba pod pohonom nízkonapäťového zdroja jednosmerného prúdu (DC). Vďaka jednosmernému a nepretržitému vstrekovaniu náboja sa v zariadení hromadia náboje a Jouleov ohrev, čím sa znižuje prevádzková stabilita LED. Globálne zásobovanie energiou je navyše založené hlavne na vysokonapäťovom striedavom prúde a mnohé domáce spotrebiče, ako napríklad LED svetlá, nemôžu priamo používať vysokonapäťový striedavý prúd. Preto, keď je LED poháňaná elektrinou pre domácnosť, je potrebný ďalší AC-DC konvertor ako sprostredkovateľ na premenu vysokonapäťového striedavého prúdu na nízkonapäťový jednosmerný prúd. Typický AC-DC menič obsahuje transformátor na zníženie sieťového napätia a obvod usmerňovača na usmernenie AC vstupu (pozri obrázok 1a). Hoci účinnosť konverzie väčšiny AC-DC meničov môže dosiahnuť viac ako 90 %, stále dochádza k strate energie počas procesu konverzie. Okrem toho, na nastavenie jasu LED by sa mal použiť vyhradený budiaci obvod na reguláciu jednosmerného napájania a poskytnutie ideálneho prúdu pre LED (pozri doplnkový obrázok 1b).
Spoľahlivosť obvodu vodiča ovplyvní životnosť LED svetiel. Zavedenie AC-DC konvertorov a DC driverov teda nielenže spôsobuje dodatočné náklady (čo predstavuje asi 17 % celkových nákladov na LED lampy), ale tiež zvyšuje spotrebu energie a znižuje životnosť LED lampy. Preto je veľmi žiaduci vývoj LED alebo elektroluminiscenčných (EL) zariadení, ktoré môžu byť priamo poháňané domácim napätím 110 V/220 V s frekvenciou 50 Hz/60 Hz bez potreby zložitých backendových elektronických zariadení.
V posledných desaťročiach bolo predvedených niekoľko elektroluminiscenčných zariadení poháňaných striedavým prúdom (AC-EL). Typický AC elektronický predradník pozostáva z vrstvy vyžarujúcej fluorescenčný prášok vloženej medzi dve izolačné vrstvy (obrázok 2a). Použitie izolačnej vrstvy zabraňuje vstrekovaniu externých nosičov náboja, takže zariadením nepreteká jednosmerný prúd. Zariadenie má funkciu kondenzátora a pod pohonom vysokého striedavého elektrického poľa môžu interne generované elektróny tunelovať zo záchytného bodu do emisnej vrstvy. Po získaní dostatočnej kinetickej energie sa elektróny zrážajú s luminiscenčným centrom, vytvárajú excitóny a vyžarujú svetlo. Vzhľadom na nemožnosť vstrekovania elektrónov zvonku elektród je jas a účinnosť týchto zariadení výrazne nižšia, čo obmedzuje ich aplikácie v oblasti osvetlenia a zobrazovania.
Aby sa zlepšil jeho výkon, ľudia navrhli AC elektronické predradníky s jednou izolačnou vrstvou (pozri doplnkový obrázok 2b). V tejto štruktúre je počas kladného polovičného cyklu striedavého pohonu nosič náboja priamo vstrekovaný do emisnej vrstvy z vonkajšej elektródy; Efektívne vyžarovanie svetla možno pozorovať rekombináciou s iným typom nosiča náboja generovaného interne. Počas záporného polcyklu striedavého pohonu sa však vstreknuté nosiče náboja uvoľnia zo zariadenia, a preto nebudú vyžarovať svetlo. Vzhľadom na skutočnosť, že k vyžarovaniu svetla dochádza iba počas polovičného cyklu jazdy, účinnosť tohto zariadenia na striedavý prúd je nižšia ako u jednosmerných zariadení. Navyše vzhľadom na kapacitné charakteristiky zariadení je elektroluminiscenčný výkon oboch zariadení na striedavý prúd závislý od frekvencie a optimálny výkon sa zvyčajne dosahuje pri vysokých frekvenciách niekoľkých kilohertzov, čo sťažuje ich kompatibilitu so štandardným domácim striedavým napájaním pri nízkych frekvencie (50 Hz/60 Hz).
Nedávno niekto navrhol elektronické zariadenie so striedavým prúdom, ktoré môže pracovať pri frekvenciách 50 Hz/60 Hz. Toto zariadenie pozostáva z dvoch paralelných jednosmerných zariadení (pozri obrázok 2c). Elektrickým skratovaním horných elektród dvoch zariadení a pripojením spodných koplanárnych elektród k zdroju striedavého prúdu je možné tieto dve zariadenia striedavo zapínať. Z pohľadu obvodu sa toto AC-DC zariadenie získa zapojením dopredného zariadenia a spätného zariadenia do série. Keď je dopredné zariadenie zapnuté, spätné zariadenie sa vypne a funguje ako odpor. V dôsledku prítomnosti odporu je účinnosť elektroluminiscencie relatívne nízka. Okrem toho zariadenia vyžarujúce striedavé svetlo môžu fungovať len pri nízkom napätí a nemožno ich priamo kombinovať so štandardnou elektrinou pre domácnosť 110 V/220 V. Ako je znázornené na doplnkovom obrázku 3 a doplnkovej tabuľke 1, výkon (jas a energetická účinnosť) hlásených napájacích zariadení AC-DC poháňaných vysokým striedavým napätím je nižší ako výkon zariadení s jednosmerným prúdom. Zatiaľ neexistuje žiadne AC-DC napájacie zariadenie, ktoré by bolo možné priamo poháňať domácou elektrickou energiou 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, a ktoré by malo vysokú účinnosť a dlhú životnosť.
Chen Shuming a jeho tím z Southern University of Science and Technology vyvinuli sériovo zapojenú kvantovú bodovú svetelnú diódu s použitím transparentného vodivého oxidu india a zinočnatého ako medziľahlej elektródy. Dióda môže pracovať v kladných a záporných cykloch striedavého prúdu s externou kvantovou účinnosťou 20,09 % a 21,15 %. Navyše, pripojením viacerých sériovo zapojených zariadení môže byť panel priamo napájaný domácim striedavým prúdom bez potreby zložitých backendových obvodov. Pri pohone 220 V/50 Hz je energetická účinnosť červeného panela plug and play 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 môžu byť priamo napájané domácou striedavou elektrickou energiou.
Prevzaté z Lightingchina.com
Čas odoslania: 14. januára 2025