Введение: Чен Шумин и другие из Южного университета науки и технологий разработали последовательно соединенный светодиод с квантовыми точками, используя прозрачный проводящий оксид индия-цинка в качестве промежуточного электрода. Диод может работать в циклах положительного и отрицательного переменного тока с внешним квантовым КПД 20,09% и 21,15% соответственно. Кроме того, подключив несколько последовательно подключенных устройств, панель может напрямую питаться от бытовой сети переменного тока без необходимости использования сложных внутренних цепей. При питании 220 В/50 Гц энергоэффективность красной панели Plug and Play составляет 15,70 лм Вт-1, а регулируемая яркость может достигать 25834 кд м-2.
Светоизлучающие диоды (LED) стали основной технологией освещения благодаря их высокой эффективности, длительному сроку службы, твердотельным преимуществам и преимуществам экологической безопасности, удовлетворяя глобальный спрос на энергоэффективность и экологическую устойчивость. Как полупроводниковый pn-диод, светодиод может работать только под напряжением низковольтного источника постоянного тока (DC). Из-за однонаправленной и непрерывной подачи заряда заряды и джоулевый нагрев накапливаются внутри устройства, тем самым снижая стабильность работы светодиода. Кроме того, глобальное электроснабжение в основном основано на переменном токе высокого напряжения, и многие бытовые приборы, такие как светодиодные фонари, не могут напрямую использовать переменный ток высокого напряжения. Следовательно, когда светодиод питается от бытовой электроэнергии, требуется дополнительный преобразователь переменного тока в постоянный в качестве посредника для преобразования высоковольтной мощности переменного тока в низковольтную мощность постоянного тока. Типичный преобразователь переменного тока в постоянный включает в себя трансформатор для снижения напряжения сети и схему выпрямителя для выпрямления входного переменного тока (см. рисунок 1а). Хотя эффективность преобразования большинства преобразователей переменного тока в постоянный может достигать более 90%, в процессе преобразования все равно происходят потери энергии. Кроме того, для регулировки яркости светодиода следует использовать специальную схему управления для регулирования источника питания постоянного тока и обеспечения идеального тока для светодиода (см. дополнительный рисунок 1b).
Надежность схемы драйвера влияет на долговечность светодиодных фонарей. Поэтому внедрение преобразователей переменного тока в постоянный и драйверов постоянного тока не только влечет за собой дополнительные затраты (составляющие около 17% от общей стоимости светодиодных ламп), но и увеличивает энергопотребление и снижает срок службы светодиодных ламп. Поэтому крайне желательна разработка светодиодных или электролюминесцентных (ЭЛ) устройств, которые могут напрямую управляться бытовым напряжением 110 В/220 В и частотой 50/60 Гц без необходимости использования сложных внутренних электронных устройств.
За последние несколько десятилетий было продемонстрировано несколько электролюминесцентных устройств (AC-EL) с приводом от переменного тока. Типичный электронный балласт переменного тока состоит из слоя, излучающего флуоресцентный порошок, зажатого между двумя изолирующими слоями (рис. 2а). Использование изоляционного слоя предотвращает инжекцию внешних носителей заряда, поэтому через устройство не протекает постоянный ток. Устройство выполняет функцию конденсатора, и под действием сильного переменного электрического поля генерируемые внутри него электроны могут туннелировать из точки захвата в эмиссионный слой. Получив достаточную кинетическую энергию, электроны сталкиваются с люминесцентным центром, образуя экситоны и излучая свет. Из-за невозможности инжектировать электроны снаружи электродов яркость и эффективность этих устройств значительно ниже, что ограничивает их применение в области освещения и отображения.
Чтобы улучшить его характеристики, люди разработали электронные балласты переменного тока с одним слоем изоляции (см. дополнительный рисунок 2b). В этой структуре во время положительного полупериода привода переменного тока носитель заряда впрыскивается непосредственно в эмиссионный слой с внешнего электрода; Эффективное излучение света можно наблюдать путем рекомбинации с носителем заряда другого типа, генерируемым внутри. Однако во время отрицательного полупериода привода переменного тока введенные носители заряда будут высвобождаться из устройства и, следовательно, не будут излучать свет. Поскольку излучение света происходит только во время полупериода привода, эффективность этого устройства переменного тока снижается. ниже, чем у устройств постоянного тока. Кроме того, из-за емкостных характеристик устройств характеристики электролюминесценции обоих устройств переменного тока зависят от частоты, и оптимальные характеристики обычно достигаются на высоких частотах в несколько килогерц, что затрудняет их совместимость со стандартной бытовой мощностью переменного тока при низких частотах. частоты (50 герц/60 герц).
Недавно кто-то предложил электронное устройство переменного тока, которое может работать на частотах 50/60 Гц. Это устройство состоит из двух параллельных устройств постоянного тока (см. рисунок 2в). Закоротив верхние электроды двух устройств и подключив нижние копланарные электроды к источнику переменного тока, можно попеременно включать два устройства. С точки зрения схемы, это устройство переменного и постоянного тока получается путем последовательного подключения прямого устройства и обратного устройства. Когда прямое устройство включено, обратное устройство выключается, действуя как резистор. Из-за наличия сопротивления эффективность электролюминесценции относительно невысока. Кроме того, светоизлучающие устройства переменного тока могут работать только при низком напряжении и не могут напрямую комбинироваться со стандартной бытовой электроэнергией 110 В/220 В. Как показано на дополнительном рисунке 3 и дополнительной таблице 1, производительность (яркость и энергоэффективность) заявленных устройств питания переменного и постоянного тока, работающих от высокого напряжения переменного тока, ниже, чем у устройств постоянного тока. До сих пор не существует устройства питания переменного и постоянного тока, которое могло бы напрямую питаться от бытовой электросети напряжением 110 В/220 В, 50 Гц/60 Гц и которое обладало бы высокой эффективностью и длительным сроком службы.
Чэнь Шумин и его команда из Южного университета науки и технологий разработали последовательно соединенный светодиод с квантовыми точками, используя прозрачный проводящий оксид индия-цинка в качестве промежуточного электрода. Диод может работать в циклах положительного и отрицательного переменного тока с внешним квантовым КПД 20,09% и 21,15% соответственно. Кроме того, подключив несколько последовательно подключенных устройств, панель может напрямую питаться от бытовой сети переменного тока без необходимости использования сложных внутренних цепей. При питании 220 В/50 Гц энергоэффективность красной панели Plug and Play составляет 15,70. лм Вт-1, а регулируемая яркость может достигать 25834 кд м-2. Разработанная светодиодная панель с квантовыми точками, подключаемая по принципу «включай и работай», может производить экономичные, компактные, эффективные и стабильные твердотельные источники света, которые могут напрямую питаться от бытовой сети переменного тока.
Взято с сайта Lightingchina.com.
Время публикации: 14 января 2025 г.