Úvod: Chen Shuming a další z Southern University of Science and Technology vyvinuli sériově zapojenou kvantovou tečkovou světelnou diodu s použitím průhledného vodivého oxidu india a zinku jako mezilehlé elektrody. Dioda může pracovat v kladných a záporných cyklech střídavého proudu s externí kvantovou účinností 20,09 % a 21,15 %. Navíc připojením více sériově zapojených zařízení může být panel přímo napájen domácím střídavým proudem bez potřeby složitých backendových obvodů. Při pohonu 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 osvětlovací technologií díky své vysoké účinnosti, dlouhé životnosti, výhodám v pevné fázi a bezpečnosti pro životní prostředí, které splňují globální požadavky na energetickou účinnost a udržitelnost životního prostředí. Jako polovodičová pn dioda může LED fungovat pouze při napájení nízkonapěťovým zdrojem stejnosměrného proudu (DC). Díky jednosměrnému a nepřetržitému vstřikování náboje se v zařízení hromadí náboje a Jouleovy ohřev, čímž se snižuje provozní stabilita LED. Kromě toho je globální zásobování energií založeno hlavně na vysokonapěťovém střídavém proudu a mnoho domácích spotřebičů, jako jsou LED světla, nemůže přímo používat vysokonapěťový střídavý proud. Proto, když je LED napájena domácí elektřinou, je vyžadován další AC-DC měnič jako prostředník pro přeměnu vysokonapěťového střídavého proudu na nízkonapěťový stejnosměrný proud. Typický AC-DC měnič obsahuje transformátor pro snížení síťového napětí a obvod usměrňovače pro usměrnění AC vstupu (viz obrázek 1a). Přestože účinnost konverze většiny AC-DC měničů může dosáhnout více než 90 %, stále dochází během procesu konverze ke ztrátám energie. Kromě toho, pro nastavení jasu LED by měl být použit vyhrazený budicí obvod k regulaci stejnosměrného napájení a poskytování ideálního proudu pro LED (viz doplňkový obrázek 1b).
Spolehlivost obvodu ovladače ovlivní životnost LED světel. Zavedení AC-DC konvertorů a DC driverů tedy nejenže přináší dodatečné náklady (tvoří asi 17 % celkových nákladů na LED lampy), ale také zvyšuje spotřebu energie a snižuje životnost LED lamp. Proto je velmi žádoucí vyvíjet LED nebo elektroluminiscenční (EL) zařízení, která mohou být přímo řízena domácím napětím 110 V/220 V o frekvenci 50 Hz/60 Hz bez potřeby složitých backendových elektronických zařízení.
V posledních několika desetiletích bylo předvedeno několik elektroluminiscenčních zařízení řízených střídavým proudem (AC-EL). Typický střídavý elektronický předřadník sestává z vrstvy emitující fluorescenční prášek vložené mezi dvě izolační vrstvy (obrázek 2a). Použití izolační vrstvy zabraňuje vstřikování externích nosičů náboje, takže zařízením neprotéká stejnosměrný proud. Zařízení má funkci kondenzátoru a pod pohonem vysokého střídavého elektrického pole mohou interně generované elektrony tunelovat ze záchytného bodu do emisní vrstvy. Po získání dostatečné kinetické energie se elektrony srazí s luminiscenčním středem, produkují excitony a emitují světlo. Vzhledem k nemožnosti injektovat elektrony z vnějšku elektrod je jas a účinnost těchto zařízení výrazně nižší, což omezuje jejich aplikace v oblasti osvětlení a zobrazování.
Aby se zlepšil jeho výkon, lidé navrhli AC elektronické předřadníky s jedinou izolační vrstvou (viz doplňkový obrázek 2b). V této struktuře je během kladného polovičního cyklu střídavého pohonu nosič náboje přímo vstřikován do emisní vrstvy z vnější elektrody; Účinnou emisi světla lze pozorovat rekombinací s jiným typem nosiče náboje generovaného interně. Během záporného polovičního cyklu střídavého pohonu se však vstřikované nosiče náboje uvolní ze zařízení, a proto nebudou vyzařovat světlo. Vzhledem k tomu, že k vyzařování světla dochází pouze během polovičního cyklu jízdy, účinnost tohoto střídavého zařízení je nižší než u DC zařízení. Kromě toho je vzhledem ke kapacitním charakteristikám zařízení elektroluminiscenční výkon obou zařízení na střídavý proud závislý na frekvenci a optimálního výkonu se obvykle dosahuje při vysokých frekvencích několika kilohertzů, což ztěžuje jejich kompatibilitu se standardním domácím střídavým napájením při nízkých teplotách. frekvencí (50 Hz/60 Hz).
Nedávno někdo navrhl elektronické zařízení se střídavým proudem, které může pracovat při frekvencích 50 Hz/60 Hz. Toto zařízení se skládá ze dvou paralelních DC zařízení (viz obrázek 2c). Elektrickým zkratováním horních elektrod obou zařízení a připojením spodních koplanárních elektrod ke zdroji střídavého proudu lze obě zařízení střídavě zapínat. Z pohledu obvodu je toto AC-DC zařízení získáno zapojením dopředného zařízení a zpětného zařízení v sérii. Když je přední zařízení zapnuto, zpětné zařízení je vypnuto a funguje jako odpor. Vzhledem k přítomnosti odporu je účinnost elektroluminiscence relativně nízká. Kromě toho mohou střídavá zařízení vyzařující světlo pracovat pouze při nízkém napětí a nelze je přímo kombinovat se standardní elektřinou pro domácnost 110 V/220 V. Jak je znázorněno na doplňkovém obrázku 3 a doplňkové tabulce 1, výkon (jas a energetická účinnost) hlášených zařízení AC-DC napájení poháněných vysokým střídavým napětím je nižší než výkon zařízení DC. Dosud neexistuje žádné AC-DC napájecí zařízení, které by bylo možné přímo napájet domácí elektřinou 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz a mělo by vysokou účinnost a dlouhou životnost.
Chen Shuming a jeho tým z Southern University of Science and Technology vyvinuli sériově zapojenou kvantovou tečkovou světelnou diodu využívající jako mezilehlou elektrodu transparentní vodivý oxid india a zinku. Dioda může pracovat v kladných a záporných cyklech střídavého proudu s externí kvantovou účinností 20,09 % a 21,15 %. Navíc připojením více sériově zapojených zařízení může být panel přímo napájen domácím střídavým proudem bez potřeby složitých backendových obvodů. Při pohonu 220 V/50 Hz je energetická účinnost červeného panelu plug and play 15,70 lm W-1 a nastavitelný jas může dosáhnout až 25834 cd m-2. Vyvinutý plug and play kvantový LED panel může produkovat ekonomické, kompaktní, efektivní a stabilní polovodičové světelné zdroje, které lze přímo napájet domácí střídavou elektřinou.
Převzato z Lightingchina.com
Čas odeslání: 14. ledna 2025