Introducere: Chen Shuming și alții de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Sud au dezvoltat o diodă emițătoare de lumină cu puncte cuantice conectate în serie, utilizând oxid de zinc-indiu transparent conductiv ca electrod intermediar. Dioda poate funcționa în cicluri de curent alternativ pozitiv și negativ, cu eficiențe cuantice externe de 20,09%, respectiv 21,15%. În plus, prin conectarea mai multor dispozitive conectate în serie, panoul poate fi alimentat direct de la rețeaua electrică de uz casnic, fără a fi nevoie de circuite complexe. Sub alimentarea cu 220 V/50 Hz, eficiența energetică a panoului roșu plug and play este de 15,70 lm W-1, iar luminozitatea reglabilă poate ajunge până la 25834 cd m-2.
Diodele emițătoare de lumină (LED-uri) au devenit tehnologia de iluminat principală datorită eficienței lor ridicate, duratei lungi de viață, avantajelor în stare solidă și siguranței mediului, satisfăcând cererea globală de eficiență energetică și sustenabilitate ecologică. Fiind o diodă semiconductoare pn, LED-ul poate funcționa doar sub alimentarea unei surse de curent continuu (CC) de joasă tensiune. Datorită injecției unidirecționale și continue de sarcină, sarcinile și încălzirea prin efect Joule se acumulează în interiorul dispozitivului, reducând astfel stabilitatea operațională a LED-ului. În plus, alimentarea globală cu energie se bazează în principal pe curent alternativ de înaltă tensiune, iar multe aparate electrocasnice, cum ar fi luminile LED, nu pot utiliza direct curent alternativ de înaltă tensiune. Prin urmare, atunci când LED-ul este alimentat de electricitatea rețelei de uz casnic, este necesar un convertor AC-DC suplimentar ca intermediar pentru a converti curentul alternativ de înaltă tensiune în curent continuu de joasă tensiune. Un convertor AC-DC tipic include un transformator pentru reducerea tensiunii rețelei și un circuit redresor pentru rectificarea intrării AC (vezi Figura 1a). Deși eficiența de conversie a majorității convertoarelor AC-DC poate ajunge la peste 90%, există totuși pierderi de energie în timpul procesului de conversie. În plus, pentru a regla luminozitatea LED-ului, ar trebui utilizat un circuit de acționare dedicat pentru a regla sursa de alimentare de curent continuu și a furniza curentul ideal pentru LED (a se vedea Figura suplimentară 1b).
Fiabilitatea circuitului de alimentare va afecta durabilitatea lămpilor LED. Prin urmare, introducerea convertoarelor AC-DC și a driverelor de curent continuu nu numai că implică costuri suplimentare (reprezentând aproximativ 17% din costul total al lămpilor LED), dar crește și consumul de energie și reduce durabilitatea lămpilor LED. Prin urmare, dezvoltarea de dispozitive LED sau electroluminescente (EL) care pot fi alimentate direct de tensiuni de uz casnic de 110 V/220 V de 50 Hz/60 Hz, fără a fi nevoie de dispozitive electronice complexe.
În ultimele decenii, au fost demonstrate mai multe dispozitive electroluminescente alimentate de curent alternativ (AC-EL). Un balast electronic tipic de curent alternativ constă dintr-un strat emițător de pulbere fluorescentă intercalat între două straturi izolatoare (Figura 2a). Utilizarea stratului izolator previne injectarea de purtători de sarcină externi, astfel încât nu există curent continuu care să circule prin dispozitiv. Dispozitivul are funcția unui condensator și, sub acționarea unui câmp electric de curent alternativ puternic, electronii generați intern pot face tunel de la punctul de captare la stratul de emisie. După obținerea unei energii cinetice suficiente, electronii se ciocnesc cu centrul luminescent, producând excitoni și emițând lumină. Din cauza incapacității de a injecta electroni din exteriorul electrozilor, luminozitatea și eficiența acestor dispozitive sunt semnificativ mai mici, ceea ce limitează aplicațiile lor în domeniile iluminatului și afișajelor.
Pentru a-i îmbunătăți performanța, s-au proiectat balasturi electronice de curent alternativ cu un singur strat de izolație (a se vedea Figura suplimentară 2b). În această structură, în timpul semiciclului pozitiv al acționării de curent alternativ, un purtător de sarcină este injectat direct în stratul de emisie de la electrodul extern; O emisie eficientă a luminii poate fi observată prin recombinare cu un alt tip de purtător de sarcină generat intern. Cu toate acestea, în timpul semiciclului negativ al acționării de curent alternativ, purtătorii de sarcină injectați vor fi eliberați din dispozitiv și, prin urmare, nu vor emite lumină. Datorită faptului că emisia de lumină are loc doar în timpul semiciclului de acționare, eficiența acestui dispozitiv de curent alternativ este mai mică decât cea a dispozitivelor de curent continuu. În plus, datorită caracteristicilor de capacitate ale dispozitivelor, performanța de electroluminescență a ambelor dispozitive de curent alternativ depinde de frecvență, iar performanța optimă este de obicei atinsă la frecvențe înalte de câțiva kiloherți, ceea ce le face dificil de compatibilizat cu alimentarea standard de curent alternativ de uz casnic la frecvențe joase (50 herți/60 herți).
Recent, cineva a propus un dispozitiv electronic de curent alternativ care poate funcționa la frecvențe de 50 Hz/60 Hz. Acest dispozitiv este format din două dispozitive de curent continuu paralele (vezi Figura 2c). Prin scurtcircuitarea electrică a electrozilor superiori ai celor două dispozitive și conectarea electrozilor coplanari inferiori la o sursă de alimentare de curent alternativ, cele două dispozitive pot fi pornite alternativ. Din perspectiva unui circuit, acest dispozitiv AC-DC se obține prin conectarea în serie a unui dispozitiv direct și a unui dispozitiv invers. Când dispozitivul direct este pornit, dispozitivul invers este oprit, acționând ca un rezistor. Datorită prezenței rezistenței, eficiența electroluminescenței este relativ scăzută. În plus, dispozitivele emițătoare de lumină de curent alternativ pot funcționa doar la tensiune joasă și nu pot fi combinate direct cu electricitatea standard de uz casnic de 110 V/220 V. După cum se arată în Figura suplimentară 3 și Tabelul suplimentar 1, performanța (luminozitatea și eficiența energetică) a dispozitivelor de alimentare AC-DC raportate, acționate de tensiune alternativă ridicată, este mai mică decât cea a dispozitivelor DC. Până în prezent, nu există niciun dispozitiv de alimentare AC-DC care să poată fi alimentat direct de electricitatea casnică la 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz și să aibă o eficiență ridicată și o durată lungă de viață.
Chen Shuming și echipa sa de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Sud au dezvoltat o diodă emițătoare de lumină cu puncte cuantice conectate în serie, utilizând oxid de zinc-indiu transparent conductiv ca electrod intermediar. Dioda poate funcționa în cicluri de curent alternativ pozitiv și negativ, cu eficiențe cuantice externe de 20,09%, respectiv 21,15%. În plus, prin conectarea mai multor dispozitive conectate în serie, panoul poate fi alimentat direct de curent alternativ de uz casnic, fără a fi nevoie de circuite backend complexe. Sub alimentarea cu 220 V/50 Hz, eficiența energetică a panoului roșu plug and play este de 15,70 lm W-1, iar luminozitatea reglabilă poate ajunge până la 25834 cd m-2. Panoul LED cu puncte cuantice plug and play dezvoltat poate produce surse de lumină în stare solidă economice, compacte, eficiente și stabile, care pot fi alimentate direct de curent alternativ de uz casnic.
Preluat de pe Lightingchina.com
Data publicării: 14 ian. 2025