Вступ: Чень Шумін та інші дослідники з Південного університету науки і технологій розробили послідовно з'єднаний світлодіод на квантових точках, використовуючи прозорий провідний оксид індію-цинку як проміжний електрод. Діод може працювати в циклах позитивного та негативного змінного струму із зовнішньою квантовою ефективністю 20,09% та 21,15% відповідно. Крім того, завдяки послідовному з'єднанню кількох пристроїв панель можна безпосередньо живити від побутової мережі змінного струму без необхідності складних внутрішніх схем. При живленні від напруги 220 В/50 Гц енергоефективність червоної панелі plug and play становить 15,70 лм/Вт⁻¹, а регульована яскравість може сягати 25834 кд/м⁻².
Світлодіоди (LED) стали основною технологією освітлення завдяки своїй високій ефективності, тривалому терміну служби, перевагам у твердотільній техніці та екологічній безпеці, задовольняючи світовий попит на енергоефективність та екологічну стійкість. Як напівпровідниковий pn діод, LED може працювати лише від джерела постійного струму (DC) низької напруги. Через односпрямоване та безперервне введення заряду, заряди та джоулєве нагрівання накопичуються всередині пристрою, тим самим знижуючи стабільність роботи LED. Крім того, глобальне джерело живлення в основному базується на змінному струмі високої напруги, і багато побутових приладів, таких як світлодіодні лампи, не можуть безпосередньо використовувати змінний струм високої напруги. Тому, коли LED живиться від побутової електроенергії, потрібен додатковий перетворювач змінного струму в постійний струм як посередник для перетворення високовольтної змінної напруги в низьковольтну постійну. Типовий перетворювач змінного струму в постійний струм включає трансформатор для зниження напруги мережі та випрямляльну схему для випрямлення вхідного змінного струму (див. Рисунок 1a). Хоча ефективність перетворення більшості перетворювачів змінного струму в постійний струм може сягати понад 90%, під час процесу перетворення все одно відбуваються втрати енергії. Крім того, для регулювання яскравості світлодіода слід використовувати спеціальну схему керування для регулювання джерела живлення постійного струму та забезпечення ідеального струму для світлодіода (див. Додатковий рисунок 1b).
Надійність схеми драйвера впливатиме на довговічність світлодіодних ламп. Тому впровадження перетворювачів змінного струму в постійний струм та драйверів постійного струму не лише тягне за собою додаткові витрати (що становить близько 17% від загальної вартості світлодіодних ламп), але й збільшує споживання енергії та знижує довговічність світлодіодних ламп. Тому дуже бажаною є розробка світлодіодних або електролюмінесцентних (EL) пристроїв, які можна безпосередньо керувати побутовою напругою 110 В/220 В частотою 50 Гц/60 Гц без необхідності використання складних електронних пристроїв.
Протягом останніх кількох десятиліть було продемонстровано кілька електролюмінесцентних (AC-EL) пристроїв, що керуються змінним струмом. Типовий електронний баласт змінного струму складається з шару флуоресцентного порошку, що випромінює, розміщеного між двома ізоляційними шарами (рис. 2a). Використання ізоляційного шару запобігає інжекції зовнішніх носіїв заряду, тому через пристрій не протікає постійний струм. Пристрій виконує функцію конденсатора, і під дією сильного змінного електричного поля електрони, що генеруються всередині, можуть тунелювати від точки захоплення до шару випромінювання. Після отримання достатньої кінетичної енергії електрони стикаються з люмінесцентним центром, утворюючи екситони та випромінюючи світло. Через неможливість інжекції електронів ззовні електродів яскравість та ефективність цих пристроїв значно нижчі, що обмежує їх застосування в галузі освітлення та дисплеїв.
Для покращення його продуктивності були розроблені електронні баласти змінного струму з одним шаром ізоляції (див. Додатковий рисунок 2b). У цій структурі під час позитивного напівперіоду керування змінним струмом носій заряду безпосередньо впорскується в шар випромінювання із зовнішнього електрода; Ефективне випромінювання світла можна спостерігати шляхом рекомбінації з іншим типом носія заряду, що генерується всередині. Однак під час негативного напівперіоду керування змінним струмом впорскувані носії заряду вивільняються з пристрою і тому не випромінюють світло. Через те, що випромінювання світла відбувається лише під час напівперіоду керування, ефективність цього пристрою змінного струму нижча, ніж у пристроїв постійного струму. Крім того, через ємнісні характеристики пристроїв, електролюмінесцентні характеристики обох пристроїв змінного струму залежать від частоти, і оптимальна продуктивність зазвичай досягається на високих частотах у кілька кілогерц, що ускладнює їх сумісність зі стандартною побутовою мережею змінного струму на низьких частотах (50 герц/60 герц).
Нещодавно хтось запропонував електронний пристрій змінного струму, який може працювати на частотах 50 Гц/60 Гц. Цей пристрій складається з двох паралельних пристроїв постійного струму (див. Рисунок 2c). Шляхом електричного замикання верхніх електродів двох пристроїв та підключення нижніх компланарних електродів до джерела змінного струму, ці два пристрої можна вмикати по черзі. З точки зору схеми, цей пристрій змінного струму-постійного струму отримується шляхом послідовного з'єднання пристрою прямого та зворотного напрямків. Коли пристрій прямого струму вмикається, пристрій зворотного струму вимикається, діючи як резистор. Через наявність опору ефективність електролюмінесценції є відносно низькою. Крім того, світловипромінювальні пристрої змінного струму можуть працювати лише при низькій напрузі та не можуть бути безпосередньо поєднані зі стандартною побутовою електромережею 110 В/220 В. Як показано на Додатковому рисунку 3 та Додатковій таблиці 1, продуктивність (яскравість та енергоефективність) зареєстрованих пристроїв живлення змінного струму-постійного струму, що живляться від високої напруги змінного струму, нижча, ніж у пристроїв постійного струму. Поки що не існує пристрою живлення змінного/постійного струму, який би міг безпосередньо живитися від побутової електроенергії 110 В/220 В, 50 Гц/60 Гц, і мав би високу ефективність та тривалий термін служби.
Чень Шумін та його команда з Південного університету науки і технологій розробили послідовно з'єднаний світлодіод на квантових точках, використовуючи прозорий провідний оксид індію-цинку як проміжний електрод. Діод може працювати в циклах позитивного та негативного змінного струму із зовнішньою квантовою ефективністю 20,09% та 21,15% відповідно. Крім того, завдяки послідовному з'єднанню кількох пристроїв панель може безпосередньо живитися від побутової мережі змінного струму без необхідності складних внутрішніх схем. При живленні від напруги 220 В/50 Гц енергоефективність червоної панелі plug and play становить 15,70 лм/Вт⁻¹, а регульована яскравість може сягати 25834 кд/м⁻². Розроблена світлодіодна панель на квантових точках plug and play може створювати економічні, компактні, ефективні та стабільні твердотільні джерела світла, які можна безпосередньо живити від побутової мережі змінного струму.
Взято з Lightingchina.com
Час публікації: 14 січня 2025 р.