Introducció: Chen Shuming i altres de la Universitat de Ciència i Tecnologia del Sud han desenvolupat un díode emissor de llum de punt quàntic connectat en sèrie mitjançant l'ús d'òxid de zinc d'indi conductor transparent com a elèctrode intermedi. El díode pot funcionar amb cicles de corrent altern positiu i negatiu, amb eficiències quàntiques externes del 20,09% i del 21,15%, respectivament. A més, connectant diversos dispositius connectats en sèrie, el panell es pot controlar directament amb l'alimentació de CA domèstica sense necessitat de circuits de fons complexos. Sota la unitat de 220 V/50 Hz, l'eficiència energètica del panell vermell plug and play és de 15,70 lm W-1 i la brillantor ajustable pot arribar fins a 25834 cd m-2.
Els díodes emissors de llum (LED) s'han convertit en la tecnologia d'il·luminació principal a causa de la seva alta eficiència, llarga vida útil, estat sòlid i avantatges de seguretat ambiental, satisfent la demanda global d'eficiència energètica i sostenibilitat ambiental. Com a díode pn semiconductor, el LED només pot funcionar sota l'accionament d'una font de corrent continu (DC) de baixa tensió. A causa de la injecció de càrrega unidireccional i contínua, les càrregues i l'escalfament Joule s'acumulen dins del dispositiu, reduint així l'estabilitat operativa del LED. A més, la font d'alimentació global es basa principalment en corrent altern d'alta tensió i molts electrodomèstics, com ara llums LED, no poden utilitzar directament corrent altern d'alta tensió. Per tant, quan el LED és impulsat per l'electricitat domèstica, es requereix un convertidor addicional AC-DC com a intermediari per convertir l'energia de CA d'alta tensió en potència de CC de baixa tensió. Un convertidor CA-CC típic inclou un transformador per reduir la tensió de la xarxa i un circuit rectificador per rectificar l'entrada de CA (vegeu la figura 1a). Tot i que l'eficiència de conversió de la majoria dels convertidors AC-DC pot arribar al 90%, encara hi ha pèrdua d'energia durant el procés de conversió. A més, per ajustar la brillantor del LED, s'ha d'utilitzar un circuit de conducció dedicat per regular la font d'alimentació de CC i proporcionar el corrent ideal per al LED (vegeu la figura suplementària 1b).
La fiabilitat del circuit del controlador afectarà la durabilitat de les llums LED. Per tant, la introducció de convertidors AC-DC i controladors de CC no només comporta costos addicionals (que representen aproximadament el 17% del cost total de la làmpada LED), sinó que també augmenta el consum d'energia i redueix la durabilitat de les làmpades LED. Per tant, és molt desitjable desenvolupar dispositius LED o electroluminescents (EL) que puguin ser impulsats directament per voltatges domèstics de 110 V/220 V de 50 Hz/60 Hz sense necessitat de dispositius electrònics de fons complexos.
En les últimes dècades, s'han demostrat diversos dispositius electroluminescents impulsats per CA (AC-EL). Un balast electrònic típic de CA consisteix en una capa emissora de pols fluorescent intercalada entre dues capes aïllants (figura 2a). L'ús de la capa d'aïllament evita la injecció de portadors de càrrega externs, de manera que no hi ha corrent continu que flueixi pel dispositiu. El dispositiu té la funció d'un condensador i, sota l'accionament d'un camp elèctric d'alta CA, els electrons generats internament poden túnel des del punt de captura fins a la capa d'emissió. Després d'obtenir l'energia cinètica suficient, els electrons xoquen amb el centre luminescent, produint excitons i emetent llum. A causa de la incapacitat d'injectar electrons des de l'exterior dels elèctrodes, la brillantor i l'eficiència d'aquests dispositius són significativament menors, la qual cosa limita les seves aplicacions en els camps de la il·luminació i la visualització.
Per tal de millorar el seu rendiment, la gent ha dissenyat balastos electrònics de CA amb una sola capa d'aïllament (vegeu la figura suplementària 2b). En aquesta estructura, durant el mig cicle positiu de la unitat de CA, un portador de càrrega s'injecta directament a la capa d'emissió des de l'elèctrode extern; Es pot observar una emissió de llum eficient mitjançant la recombinació amb un altre tipus de portador de càrrega generat internament. Tanmateix, durant el mig cicle negatiu de la unitat de CA, els portadors de càrrega injectats s'alliberaran del dispositiu i, per tant, no emetran llum. A causa del fet que l'emissió de llum només es produeix durant el mig cicle de conducció, l'eficiència d'aquest dispositiu de CA és inferior a la dels dispositius de corrent continu. A més, a causa de les característiques de capacitat dels dispositius, el rendiment d'electroluminescència d'ambdós dispositius de CA depèn de la freqüència, i normalment s'aconsegueix un rendiment òptim a freqüències altes de diversos kilohertzs, cosa que fa que siguin difícils de ser compatibles amb la potència de CA estàndard de la llar a baixes condicions. freqüències (50 hertz/60 hertz).
Recentment, algú va proposar un dispositiu electrònic de CA que pot funcionar a freqüències de 50 Hz/60 Hz. Aquest dispositiu consta de dos dispositius de corrent continu paral·lels (vegeu la figura 2c). En curtcircuit elèctricament els elèctrodes superiors dels dos dispositius i connectant els elèctrodes coplanars inferiors a una font d'alimentació de CA, els dos dispositius es poden encendre alternativament. Des d'una perspectiva de circuit, aquest dispositiu AC-DC s'obté connectant un dispositiu directe i un dispositiu invers en sèrie. Quan el dispositiu cap endavant s'encén, el dispositiu invers s'apaga, actuant com a resistència. A causa de la presència de resistència, l'eficiència d'electroluminescència és relativament baixa. A més, els dispositius d'emissió de llum de CA només poden funcionar a baixa tensió i no es poden combinar directament amb l'electricitat domèstica estàndard de 110 V/220 V. Tal com es mostra a la figura 3 suplementària i la taula complementària 1, el rendiment (brillantor i eficiència energètica) dels dispositius d'alimentació AC-DC reportats impulsats per una alta tensió de CA és inferior al dels dispositius de CC. Fins ara, no hi ha cap dispositiu d'alimentació AC-DC que pugui ser impulsat directament per l'electricitat domèstica a 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz i tingui una alta eficiència i una llarga vida útil.
Chen Shuming i el seu equip de la Universitat de Ciència i Tecnologia del Sud han desenvolupat un díode emissor de llum de punt quàntic connectat en sèrie utilitzant òxid de zinc d'indi conductor transparent com a elèctrode intermedi. El díode pot funcionar amb cicles de corrent altern positiu i negatiu, amb eficiències quàntiques externes del 20,09% i del 21,15%, respectivament. A més, connectant diversos dispositius connectats en sèrie, el panell es pot alimentar directament amb l'alimentació de CA domèstica sense necessitat de circuits de fons complexos. Sota la unitat de 220 V/50 Hz, l'eficiència energètica del panell vermell plug and play és de 15,70. lm W-1, i la brillantor ajustable pot arribar fins a 25834 cd m-2. El panell LED de punt quàntic Plug and Play desenvolupat pot produir fonts de llum d'estat sòlid econòmiques, compactes, eficients i estables que es poden alimentar directament amb electricitat de CA domèstica.
Tret de Lightingchina.com
Hora de publicació: 14-gen-2025