Úvod: Chen Shuming a další z Jižní univerzity vědy a technologie vyvinuli sériově zapojenou kvantovou tečkovou světelnou diodu s použitím průhledného vodivého oxidu india a zinečnatého jako mezilehlé elektrody. Dioda může pracovat za kladných a záporných cyklů střídavého proudu s externí kvantovou účinností 20,09 %, respektive 21,15 %. Navíc zapojením více sériově zapojených zařízení lze panel přímo napájet z domácí sítě bez nutnosti složitých obvodů. Při napájení 220 V/50 Hz je energetická účinnost červeného plug and play panelu 15,70 lm W-1 a nastavitelný jas může dosáhnout až 25834 cd m-2.
Světelné diody (LED) se staly hlavní technologií osvětlení díky své vysoké účinnosti, dlouhé životnosti, polovodičovým a environmentálním výhodám a splňují tak globální poptávku po energetické účinnosti a environmentální udržitelnosti. Jako polovodičová pn dioda může LED dioda fungovat pouze s napájením z nízkonapěťového stejnosměrného zdroje (DC). V důsledku jednosměrného a kontinuálního vstřikování náboje se uvnitř zařízení hromadí náboje a Jouleovo zahřívání, čímž se snižuje provozní stabilita LED diody. Globální napájení je navíc založeno především na vysokonapěťovém střídavém proudu a mnoho domácích spotřebičů, jako jsou LED světla, nemůže přímo využívat vysokonapěťový střídavý proud. Proto je při napájení LED diodou z domácnosti zapotřebí další měnič AC-DC jako prostředník pro převod vysokonapěťového střídavého proudu na nízkonapěťový stejnosměrný proud. Typický měnič AC-DC obsahuje transformátor pro snížení síťového napětí a usměrňovací obvod pro usměrnění vstupního střídavého proudu (viz obrázek 1a). Přestože účinnost převodu většiny měničů AC-DC může dosáhnout více než 90 %, během procesu převodu stále dochází ke ztrátám energie. Kromě toho by pro nastavení jasu LED diody měl být použit specializovaný budicí obvod pro regulaci stejnosměrného napájení a zajištění ideálního proudu pro LED diodu (viz doplňkový obrázek 1b).
Spolehlivost budicího obvodu ovlivní životnost LED světel. Zavedení AC-DC měničů a DC budičů proto nejenže s sebou nese dodatečné náklady (tvoří přibližně 17 % celkových nákladů na LED žárovky), ale také zvyšuje spotřebu energie a snižuje životnost LED světel. Proto je velmi žádoucí vyvíjet LED nebo elektroluminiscenční (EL) zařízení, která lze přímo napájet z domácího napětí 110 V/220 V o frekvenci 50 Hz/60 Hz bez nutnosti složitých elektronických zařízení.
V posledních několika desetiletích bylo představeno několik elektroluminiscenčních (AC-EL) zařízení řízených střídavým proudem. Typický elektronický předřadník na střídavý proud se skládá z vrstvy emitující fluorescenční prášek vložené mezi dvě izolační vrstvy (obrázek 2a). Použití izolační vrstvy zabraňuje vstřikování externích nosičů náboje, takže zařízením neprotéká žádný stejnosměrný proud. Zařízení má funkci kondenzátoru a pod vlivem silného střídavého elektrického pole se elektrony generované uvnitř mohou tunelovat z bodu záchytu do emisní vrstvy. Po získání dostatečné kinetické energie se elektrony srazí s luminiscenčním centrem, čímž produkují excitony a emitují světlo. Vzhledem k nemožnosti vstřikovat elektrony z vnějšku elektrod je jas a účinnost těchto zařízení výrazně nižší, což omezuje jejich použití v oblasti osvětlení a displejů.
Aby se zlepšil jejich výkon, lidé navrhli elektronické předřadníky pro střídavý proud s jednou izolační vrstvou (viz doplňkový obrázek 2b). V této struktuře je během kladného polocyklu střídavého proudu nosič náboje přímo vstřikován do emisní vrstvy z externí elektrody; Efektivní emisi světla lze pozorovat rekombinací s jiným typem nosiče náboje generovaného interně. Během záporného polocyklu střídavého proudu se však vstřikované nosiče náboje ze zařízení uvolní, a proto nebudou emitovat světlo. Vzhledem k tomu, že k emisi světla dochází pouze během polocyklu budování, je účinnost tohoto střídavého zařízení nižší než u stejnosměrných zařízení. Kromě toho je kvůli kapacitním charakteristikám zařízení elektroluminiscenční výkon obou střídavých zařízení frekvenčně závislý a optimálního výkonu je obvykle dosaženo při vysokých frekvencích několika kilohertzů, což ztěžuje jejich kompatibilitu se standardním domácím střídavým proudem při nízkých frekvencích (50 hertzů/60 hertzů).
Nedávno někdo navrhl elektronické zařízení na střídavý proud, které může pracovat na frekvencích 50 Hz/60 Hz. Toto zařízení se skládá ze dvou paralelních stejnosměrných zařízení (viz obrázek 2c). Elektrickým zkratem horních elektrod obou zařízení a připojením spodních koplanárních elektrod ke zdroji střídavého proudu lze obě zařízení střídavě zapínat. Z hlediska obvodu se toto zařízení na střídavý proud získá sériovým zapojením zařízení v dopředném směru a zařízení v reverzním směru. Když je zařízení v dopředném směru zapnuto, zařízení v reverzním směru se vypne a funguje jako rezistor. Vzhledem k přítomnosti odporu je účinnost elektroluminiscence relativně nízká. Kromě toho mohou zařízení na střídavý proud pracovat pouze při nízkém napětí a nelze je přímo kombinovat se standardním domácím elektrickým napětím 110 V/220 V. Jak je znázorněno na doplňkovém obrázku 3 a v doplňkové tabulce 1, výkon (jas a energetická účinnost) uváděných zařízení na střídavý proud napájených vysokým střídavým napětím je nižší než u zařízení na stejnosměrný proud. Dosud neexistuje žádné zařízení napájené střídavým a stejnosměrným proudem, které by mohlo být přímo napájeno z domácnosti elektřinou o napětí 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz a mělo by vysokou účinnost a dlouhou životnost.
Chen Shuming a jeho tým z Jižní univerzity vědy a technologie vyvinuli sériově zapojenou kvantovou tečkovou LED diodu s použitím průhledného vodivého oxidu india a zinečnatého jako mezilehlé elektrody. Dioda může pracovat za kladných a záporných cyklů střídavého proudu s externí kvantovou účinností 20,09 %, respektive 21,15 %. Navíc zapojením více sériově zapojených zařízení lze panel přímo napájet z domácí sítě bez nutnosti složitých obvodů. Při napájení 220 V/50 Hz je energetická účinnost červeného plug and play panelu 15,70 lm W-1 a nastavitelný jas může dosáhnout až 25 834 cd m-2. Vyvinutý plug and play kvantový tečkový LED panel dokáže vytvářet ekonomické, kompaktní, účinné a stabilní polovodičové světelné zdroje, které lze přímo napájet z domácí sítě.
Převzato z Lightingchina.com
Čas zveřejnění: 14. ledna 2025