Innledning: Chen Shuming og andre fra Southern University of Science and Technology har utviklet en seriekoblet kvantepunktlysdiode ved å bruke transparent ledende indiumsinkoksid som mellomelektrode. Dioden kan operere under positive og negative vekselstrømssykluser, med eksterne kvanteeffektiviteter på henholdsvis 20,09 % og 21,15 %. I tillegg, ved å koble til flere seriekoblede enheter, kan panelet drives direkte av husholdningsvekselstrøm uten behov for komplekse backend-kretser. Med drift på 220 V/50 Hz er energieffektiviteten til det røde plug and play-panelet 15,70 lm W-1, og den justerbare lysstyrken kan nå opptil 25834 cd m-2.
Lysdioder (LED-er) har blitt den vanlige belysningsteknologien på grunn av deres høye effektivitet, lange levetid, solid-state- og miljømessige sikkerhetsfordeler, og møter den globale etterspørselen etter energieffektivitet og miljømessig bærekraft. Som en halvleder-pn-diode kan LED bare fungere under styring av en lavspent likestrømskilde (DC). På grunn av enveis og kontinuerlig ladningsinjeksjon akkumuleres ladninger og Joule-oppvarming i enheten, noe som reduserer LED-ens driftsstabilitet. I tillegg er den globale strømforsyningen hovedsakelig basert på høyspent vekselstrøm, og mange husholdningsapparater som LED-lys kan ikke bruke høyspent vekselstrøm direkte. Derfor, når LED drives av husholdningsstrøm, kreves det en ekstra AC-DC-omformer som mellomledd for å konvertere høyspent vekselstrøm til lavspent likestrøm. En typisk AC-DC-omformer inkluderer en transformator for å redusere nettspenningen og en likeretterkrets for å likerette AC-inngangen (se figur 1a). Selv om konverteringseffektiviteten til de fleste AC-DC-omformere kan nå over 90 %, er det fortsatt energitap under konverteringsprosessen. I tillegg, for å justere lysstyrken til LED-en, bør en dedikert drivkrets brukes til å regulere likestrømsforsyningen og gi den ideelle strømmen for LED-en (se tilleggsfigur 1b).
Driverkretsens pålitelighet vil påvirke holdbarheten til LED-lys. Derfor medfører ikke bare introduksjon av AC-DC-omformere og DC-drivere merkostnader (som utgjør omtrent 17 % av den totale kostnaden for LED-lamper), men øker også strømforbruket og reduserer holdbarheten til LED-lamper. Derfor er det svært ønskelig å utvikle LED- eller elektroluminescerende (EL) enheter som kan drives direkte av husholdningsspenninger på 110 V/220 V på 50 Hz/60 Hz uten behov for komplekse elektroniske bakenheter.
I løpet av de siste tiårene har flere AC-drevne elektroluminescerende (AC-EL) enheter blitt demonstrert. En typisk AC elektronisk ballast består av et fluorescerende pulveremitterende lag klemt mellom to isolerende lag (figur 2a). Bruken av isolasjonslaget forhindrer injeksjon av eksterne ladningsbærere, slik at det ikke flyter likestrøm gjennom enheten. Enheten fungerer som en kondensator, og under styring av et høyt AC elektrisk felt kan elektronene som genereres internt tunnelere fra fangstpunktet til emisjonslaget. Etter å ha oppnådd tilstrekkelig kinetisk energi, kolliderer elektronene med det luminescerende sentrum, produserer eksitoner og sender ut lys. På grunn av manglende evne til å injisere elektroner utenfra elektrodene, er lysstyrken og effektiviteten til disse enhetene betydelig lavere, noe som begrenser deres bruksområder innen belysning og display.
For å forbedre ytelsen har man designet elektroniske AC-forkoblinger med et enkelt isolasjonslag (se tilleggsfigur 2b). I denne strukturen injiseres en ladningsbærer direkte inn i emisjonslaget fra den eksterne elektroden under den positive halvsyklusen til AC-drift. Effektiv lysutslipp kan observeres ved rekombinasjon med en annen type ladningsbærer generert internt. Imidlertid vil de injiserte ladningsbærerne frigjøres fra enheten under den negative halvsyklusen til AC-drift, og vil derfor ikke sende ut lys. På grunn av det faktum at lysutslipp bare skjer under halvsyklusen til driften, er effektiviteten til denne AC-enheten lavere enn for DC-enheter. I tillegg, på grunn av enhetenes kapasitansegenskaper, er elektroluminescensytelsen til begge AC-enhetene frekvensavhengig, og optimal ytelse oppnås vanligvis ved høye frekvenser på flere kilohertz, noe som gjør dem vanskelige å være kompatible med standard husholdningsvekselstrøm ved lave frekvenser (50 hertz/60 hertz).
Nylig foreslo noen en elektronisk vekselstrømsenhet som kan operere ved frekvenser på 50 Hz/60 Hz. Denne enheten består av to parallelle likestrømsenheter (se figur 2c). Ved å kortslutte de øverste elektrodene på de to enhetene og koble de nederste koplanære elektrodene til en vekselstrømkilde, kan de to enhetene vekselvis slås på. Fra et kretsperspektiv oppnås denne vekselstrøms-likestrømsenheten ved å koble en foroverrettet enhet og en reversert enhet i serie. Når foroverrettet enhet er slått på, slås reversrettet enhet av og fungerer som en motstand. På grunn av motstand er elektroluminescenseffektiviteten relativt lav. I tillegg kan vekselstrøms lysende enheter bare operere ved lav spenning og kan ikke kombineres direkte med 110 V/220 V standard husholdningsstrøm. Som vist i tilleggsfigur 3 og tilleggstabell 1, er ytelsen (lysstyrke og energieffektivitet) til rapporterte vekselstrømsenheter drevet av høy vekselstrøm lavere enn for likestrømsenheter. Så langt finnes det ingen AC-DC-strømforsyning som kan drives direkte av husholdningsstrøm på 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, og som har høy effektivitet og lang levetid.
Chen Shuming og teamet hans fra Southern University of Science and Technology har utviklet en seriekoblet kvantepunkt-lysdiode som bruker transparent, ledende indium-sinkoksid som mellomelektrode. Dioden kan operere under positive og negative vekselstrømssykluser, med eksterne kvanteeffektiviteter på henholdsvis 20,09 % og 21,15 %. I tillegg, ved å koble til flere seriekoblede enheter, kan panelet drives direkte av husholdningsstrøm uten behov for komplekse backend-kretser. Med drift på 220 V/50 Hz er effektiviteten til det røde plug and play-panelet 15,70 lm W-1, og den justerbare lysstyrken kan nå opptil 25834 cd m-2. Det utviklede plug and play kvantepunkt-LED-panelet kan produsere økonomiske, kompakte, effektive og stabile solid-state-lyskilder som kan drives direkte av husholdningsstrøm.
Hentet fra Lightingchina.com
Publisert: 14. januar 2025