Introducció: Chen Shuming i altres de la Universitat de Ciència i Tecnologia del Sud han desenvolupat un díode emissor de llum de punts quàntics connectat en sèrie utilitzant òxid de zinc-indi conductor transparent com a elèctrode intermedi. El díode pot funcionar sota cicles de corrent altern positius i negatius, amb eficiències quàntiques externes del 20,09% i el 21,15%, respectivament. A més, connectant diversos dispositius connectats en sèrie, el panell pot ser alimentat directament per alimentació de CA domèstica sense necessitat de circuits de backend complexos. Sota l'alimentació 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 (CC) de baix voltatge. A causa de la injecció de càrrega unidireccional i contínua, les càrregues i l'escalfament per Joule s'acumulen dins del dispositiu, reduint així l'estabilitat operativa del LED. A més, el subministrament d'energia global es basa principalment en corrent altern d'alt voltatge, i molts electrodomèstics com els llums LED no poden utilitzar directament corrent altern d'alt voltatge. Per tant, quan el LED s'alimenta amb electricitat domèstica, es requereix un convertidor CA-CC addicional com a intermediari per convertir l'alimentació CA d'alt voltatge en alimentació CC de baix voltatge. Un convertidor CA-CC típic inclou un transformador per reduir el voltatge 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 de convertidors CA-CC pot arribar a superar el 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 l'alimentació de corrent continu i proporcionar el corrent ideal per al LED (vegeu la figura suplementària 1b).
La fiabilitat del circuit controlador afectarà la durabilitat de les llums LED. Per tant, la introducció de convertidors AC-DC i controladors DC no només comporta costos addicionals (que representen aproximadament el 17% del cost total de les làmpades 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 alimentats directament per tensions domèstiques de 110 V/220 V de 50 Hz/60 Hz sense la necessitat de dispositius electrònics complexos.
En les últimes dècades, s'han demostrat diversos dispositius electroluminescents accionats per corrent altern (AC-EL). Un balast electrònic de corrent altern típic consisteix en una capa emissora de pols fluorescent intercalada entre dues capes aïllants (Figura 2a). L'ús de la capa aïllant impedeix la injecció de portadors de càrrega externs, de manera que no hi ha corrent continu que flueixi a través del dispositiu. El dispositiu té la funció d'un condensador i, sota l'impuls d'un camp elèctric de corrent altern elevat, els electrons generats internament poden fer túnel des del punt de captura fins a la capa d'emissió. Després d'obtenir prou energia cinètica, els electrons xoquen amb el centre luminescent, produint excitons i emetent llum. A causa de la incapacitat d'injectar electrons des de fora dels elèctrodes, la brillantor i l'eficiència d'aquests dispositius són significativament més baixes, cosa que limita les seves aplicacions en els camps de la il·luminació i la visualització.
Per tal de millorar el seu rendiment, s'han dissenyat balasts electrònics de corrent altern amb una sola capa d'aïllament (vegeu la figura suplementària 2b). En aquesta estructura, durant el semicicle positiu de l'accionament de corrent altern, s'injecta directament un portador de càrrega 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 semicicle negatiu de l'accionament de corrent altern, 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 semicicle d'accionament, l'eficiència d'aquest dispositiu de corrent altern és inferior a la dels dispositius de corrent continu. A més, a causa de les característiques de capacitança dels dispositius, el rendiment d'electroluminescència d'ambdós dispositius de corrent altern depèn de la freqüència, i el rendiment òptim s'aconsegueix normalment a altes freqüències de diversos quilohertzs, cosa que fa que siguin difícils de ser compatibles amb l'alimentació de corrent altern domèstica estàndard a baixes freqüències (50 hertzs/60 hertzs).
Recentment, algú va proposar un dispositiu electrònic de corrent altern 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). Mitjançant un curtcircuit elèctric als elèctrodes superiors dels dos dispositius i connectant els elèctrodes coplanars inferiors a una font d'alimentació de corrent altern, els dos dispositius es poden encendre alternativament. Des d'una perspectiva de circuit, aquest dispositiu de corrent altern-corrent continu s'obté connectant un dispositiu directe i un dispositiu invers en sèrie. Quan el dispositiu directe s'encén, el dispositiu invers s'apaga, actuant com a resistència. A causa de la presència de resistència, l'eficiència de l'electroluminescència és relativament baixa. A més, els dispositius emissors de llum de corrent altern només poden funcionar a baixa tensió i no es poden combinar directament amb electricitat domèstica estàndard de 110 V/220 V. Com es mostra a la figura suplementària 3 i la taula suplementària 1, el rendiment (brillantor i eficiència energètica) dels dispositius d'alimentació de corrent altern-corrent continu reportats impulsats per un alt voltatge de corrent altern és inferior al dels dispositius de corrent continu. Fins ara, no hi ha cap dispositiu d'alimentació AC-DC que pugui ser alimentat directament per electricitat domèstica a 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, i que tingui una alta eficiència i una llarga vida útil.
Chen Shuming i el seu equip de la Southern University of Science and Technology han desenvolupat un díode emissor de llum de punts quàntics connectat en sèrie utilitzant òxid de zinc-indi conductor transparent com a elèctrode intermedi. El díode pot funcionar sota cicles de corrent altern positius i negatius, amb eficiències quàntiques externes del 20,09% i el 21,15%, respectivament. A més, connectant diversos dispositius connectats en sèrie, el panell pot ser alimentat directament per l'electricitat de CA domèstica sense necessitat de circuits de backend complexos. Sota l'alimentació 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 punts quàntics plug and play desenvolupat pot produir fonts de llum d'estat sòlid econòmiques, compactes, eficients i estables que poden ser alimentades directament per l'electricitat de CA domèstica.
Pres de Lightingchina.com
Data de publicació: 14 de gener de 2025