Въведение: Чен Шуминг и други от Южния университет за наука и технологии са разработили последователно свързан квантово-точков светодиод, използвайки прозрачен проводим индиево-цинков оксид като междинен електрод. Диодът може да работи при положителни и отрицателни цикли на променлив ток, с външна квантова ефективност съответно 20,09% и 21,15%. Освен това, чрез свързване на множество последователно свързани устройства, панелът може да се захранва директно от домакински променливотоков ток, без да са необходими сложни backend схеми. При захранване от 220 V/50 Hz, енергийната ефективност на червения plug and play панел е 15,70 lm W-1, а регулируемата яркост може да достигне до 25834 cd m-2.
Светодиодите (LED) са се превърнали в основна осветителна технология поради високата си ефективност, дълъг живот, предимствата си в твърдотелния режим и екологичната безопасност, отговаряйки на глобалното търсене на енергийна ефективност и екологична устойчивост. Като полупроводников pn диод, LED може да работи само под управлението на нисковолтов източник на постоянен ток (DC). Поради еднопосочното и непрекъснато инжектиране на заряд, зарядите и джаулевото нагряване се натрупват в устройството, като по този начин намаляват оперативната стабилност на LED диода. Освен това, глобалното захранване се основава главно на високоволтов променлив ток и много домакински уреди, като LED лампи, не могат директно да използват високоволтов променлив ток. Следователно, когато LED диодът се захранва от битово електричество, е необходим допълнителен AC-DC конвертор като посредник за преобразуване на високоволтовия променлив ток в нисковолтов постоянен ток. Типичният AC-DC конвертор включва трансформатор за намаляване на мрежовото напрежение и токоизправителна верига за коригиране на входния променлив ток (вижте Фигура 1a). Въпреки че ефективността на преобразуване на повечето AC-DC конвертори може да достигне над 90%, все още има загуба на енергия по време на процеса на преобразуване. Освен това, за да се регулира яркостта на светодиода, трябва да се използва специална управляваща верига, която да регулира постояннотоковото захранване и да осигури идеалния ток за светодиода (вижте допълнителна фигура 1b).
Надеждността на схемата на драйвера ще повлияе на дълготрайността на LED светлините. Следователно, въвеждането на AC-DC конвертори и DC драйвери не само води до допълнителни разходи (които представляват около 17% от общата цена на LED лампите), но също така увеличава консумацията на енергия и намалява дълготрайността на LED лампите. Поради това е силно желателно разработването на LED или електролуминесцентни (EL) устройства, които могат да се захранват директно от битови напрежения 110 V/220 V с честота 50 Hz/60 Hz, без да е необходимо използването на сложни електронни устройства.
През последните няколко десетилетия бяха демонстрирани няколко електролуминесцентни (AC-EL) устройства, задвижвани от променлив ток. Типичен електронен баласт с променлив ток се състои от флуоресцентен прахов емитиращ слой, разположен между два изолационни слоя (Фигура 2а). Използването на изолационен слой предотвратява инжектирането на външни носители на заряд, така че през устройството не протича постоянен ток. Устройството има функцията на кондензатор и под въздействието на силно променливотоково електрическо поле, генерираните вътрешно електрони могат да тунелират от точката на улавяне до емисионния слой. След получаване на достатъчна кинетична енергия, електроните се сблъскват с луминесцентния център, произвеждайки екситони и излъчвайки светлина. Поради невъзможността за инжектиране на електрони от външната страна на електродите, яркостта и ефективността на тези устройства са значително по-ниски, което ограничава приложенията им в областта на осветлението и дисплеите.
За да се подобри производителността му, хората са проектирали AC електронни баласти с единичен изолационен слой (вижте Допълнителна фигура 2b). В тази структура, по време на положителния полупериод на AC задвижването, носител на заряд се инжектира директно в емисионния слой от външния електрод; Ефективно излъчване на светлина може да се наблюдава чрез рекомбинация с друг тип носител на заряд, генериран вътрешно. Въпреки това, по време на отрицателния полупериод на AC задвижването, инжектираните носители на заряд ще бъдат освободени от устройството и следователно няма да излъчват светлина. Поради факта, че излъчването на светлина се случва само по време на полупериод на задвижване, ефективността на това AC устройство е по-ниска от тази на DC устройствата. Освен това, поради капацитетните характеристики на устройствата, електролуминесцентните характеристики на двете AC устройства зависят от честотата и оптимална производителност обикновено се постига при високи честоти от няколко килохерца, което ги прави трудни за съвместимост със стандартното домакинско променливотоково захранване при ниски честоти (50 херца/60 херца).
Наскоро някой предложи електронно устройство с променлив ток, което може да работи на честоти 50 Hz/60 Hz. Това устройство се състои от две паралелни устройства с постоянен ток (вижте Фигура 2в). Чрез електрическо късо съединение на горните електроди на двете устройства и свързване на долните копланарни електроди към източник на променлив ток, двете устройства могат да се включват последователно. От гледна точка на веригата, това устройство с променлив ток се получава чрез последователно свързване на устройство за директен и обратно предаване. Когато устройството за директен предаване е включено, устройството за обратен предаване се изключва, действайки като резистор. Поради наличието на съпротивление, ефективността на електролуминесценцията е сравнително ниска. Освен това, устройствата, излъчващи светлина с променлив ток, могат да работят само при ниско напрежение и не могат да се комбинират директно със стандартно домакинско електричество 110 V/220 V. Както е показано на Допълнителна Фигура 3 и Допълнителна Таблица 1, производителността (яркост и енергийна ефективност) на докладваните устройства с променлив ток, захранвани от високо променливо напрежение, е по-ниска от тази на устройствата с постоянен ток. Досега няма устройство за захранване с променлив ток (AC-DC), което да може да се захранва директно от битово електричество при 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, и да има висока ефективност и дълъг живот.
Чен Шумин и неговият екип от Южния университет за наука и технологии са разработили последователно свързан квантово-точков светодиод, използващ прозрачен проводим индиево-цинков оксид като междинен електрод. Диодът може да работи при положителни и отрицателни цикли на променлив ток, с външна квантова ефективност съответно 20,09% и 21,15%. Освен това, чрез свързване на множество последователно свързани устройства, панелът може да се захранва директно от домакински променливотоков ток, без да е необходимо използване на сложни схеми. При захранване от 220 V/50 Hz, енергийната ефективност на червения plug and play панел е 15,70 lm W-1, а регулируемата яркост може да достигне до 25834 cd m-2. Разработеният plug and play квантово-точков LED панел може да произвежда икономични, компактни, ефективни и стабилни твърдотелни източници на светлина, които могат да се захранват директно от домакински променливотоков ток.
Взето от Lightingchina.com
Време на публикуване: 14 януари 2025 г.