Въведение: Чен Шуминг и други от Южния университет за наука и технологии са разработили последователно свързан диод с квантова точка, излъчващ светлина, като използват прозрачен проводим индий-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%. В допълнение, чрез свързване на множество последователно свързани устройства, панелът може да бъде директно задвижван от битово променливотоково захранване без необходимост от сложни бекенд вериги. При захранване от 220 V/50 Hz, енергийната ефективност на червения панел за включване и пускане е 15,70 lm W-1, а регулируемата яркост може да достигне до 25834 cd m-2.
Светодиодите (LED) се превърнаха в основна технология за осветление поради тяхната висока ефективност, дълъг живот, предимства в твърдо състояние и безопасност за околната среда, отговаряйки на глобалното търсене на енергийна ефективност и екологична устойчивост. Като полупроводников pn диод, LED може да работи само при задвижване на източник на постоянен ток (DC) с ниско напрежение. Поради еднопосочно и непрекъснато инжектиране на заряд, зарядите и нагряването на Джаул се натрупват в устройството, като по този начин намаляват работоспособността на светодиода. В допълнение, глобалното електрозахранване се основава главно на променлив ток с високо напрежение и много домакински уреди като LED светлини не могат директно да използват променлив ток с високо напрежение. Следователно, когато LED се задвижва от битово електричество, е необходим допълнителен AC-DC преобразувател като посредник за преобразуване на променливотоково захранване с високо напрежение в постоянен ток с ниско напрежение. Типичен AC-DC преобразувател включва трансформатор за намаляване на мрежовото напрежение и токоизправителна верига за коригиране на AC входа (вижте Фигура 1а). Въпреки че ефективността на преобразуване на повечето AC-DC преобразуватели 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 за регулиране на захранването с постоянен ток и осигуряване на идеалния ток за светодиода (вижте допълнителна фигура 1b).
Надеждността на веригата на драйвера ще повлияе на издръжливостта на LED светлините. Следователно въвеждането на AC-DC преобразуватели и DC драйвери не само води до допълнителни разходи (представляващи около 17% от общата цена на LED лампата), но също така увеличава консумацията на енергия и намалява издръжливостта на LED лампите. Следователно разработването на LED или електролуминесцентни (EL) устройства, които могат да бъдат директно управлявани от домакински 110 V/220 V напрежения от 50 Hz/60 Hz без необходимост от сложни електронни устройства, е много желателно.
През последните няколко десетилетия бяха демонстрирани няколко електролуминесцентни (AC-EL) устройства, управлявани от променлив ток. Типичен променливотоков електронен баласт се състои от слой, излъчващ флуоресцентен прах, поставен 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 задвижването на високо променливотоково електрическо поле електроните, генерирани вътрешно, 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 да се инжектират електрони извън електродите, яркостта и ефективността на тези устройства са значително по-ниски, което ограничава приложенията им в областта на осветлението и дисплея.
За да се подобри работата му, хората са проектирали AC електронни баласти с един изолационен слой (вижте допълнителна фигура 2b). В тази структура, по време на положителния половин цикъл на променливотоково задвижване, носител на заряд се инжектира директно в емисионния слой от външния електрод; Ефективно светлинно излъчване може да се наблюдава чрез рекомбинация с друг тип носител на заряд, генериран вътрешно. Въпреки това, по време на отрицателния половин цикъл на AC задвижване, инжектираните носители на заряд ще бъдат освободени от устройството и следователно няма да излъчват светлина. Поради факта, че светлинното излъчване възниква само по време на половин цикъл на задвижване, ефективността на това AC устройство е по-нисък от този на устройствата с постоянен ток. В допълнение, поради характеристиките на капацитета на устройствата, електролуминесцентната производителност и на двете променливотокови устройства зависи от честотата и оптималната производителност обикновено се постига при високи честоти от няколко килохерца, което ги прави трудни за съвместимост със стандартната домакинска променливотокова мощност при ниски честоти (50 херца/60 херца).
Наскоро някой предложи електронно устройство за променлив ток, което може да работи на честоти от 50 Hz/60 Hz. Това устройство се състои от две паралелни DC устройства (вижте Фигура 2c). Чрез електрическо късо съединение на горните електроди на двете устройства и свързване на долните компланарни електроди към източник на променливотоково захранване, двете устройства могат да се включват алтернативно. От гледна точка на веригата това AC-DC устройство се получава чрез последователно свързване на предно устройство и обратно устройство. Когато предното устройство е включено, обратното устройство се изключва, действайки като резистор. Поради наличието на съпротивление, ефективността на електролуминесценцията е относително 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 AC-DC захранващи устройства, задвижвани от високо променливо напрежение, е по-ниска от тази на DC устройствата. Досега няма AC-DC захранващо устройство, което да може да се задвижва директно от битово електричество при 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz и да има висока ефективност и дълъг живот.
Чен Шуминг и неговият екип от Южния университет за наука и технологии са разработили последователно свързан светодиод с квантова точка, използващ прозрачен проводим индий-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%. В допълнение, чрез свързване на множество последователно свързани устройства, панелът може да бъде директно управляван от битово променливотоково захранване без необходимост от сложни бекенд вериги. 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 LED панел с квантова точка plug and play може да произведе икономични, компактни, ефективни и стабилни източници на светлина в твърдо състояние, които могат да бъдат директно захранвани от битово AC електричество.
Взето от Lightingchina.com
Време на публикуване: 14 януари 2025 г