Introduktion: Chen Shuming och andra från Southern University of Science and Technology har utvecklat en seriekopplad kvantpricksdiod genom att använda transparent ledande indiumzinkoxid som mellanelektrod. Dioden kan arbeta under positiva och negativa växelströmscykler, med externa kvantverkningsgrader på 20,09 % respektive 21,15 %. Genom att seriekoppla flera seriekopplade enheter kan panelen dessutom drivas direkt av hushållsström utan behov av komplexa backend-kretsar. Med en spänning på 220 V/50 Hz är energieffektiviteten för den röda plug and play-panelen 15,70 lm W-1, och den justerbara ljusstyrkan kan nå upp till 25834 cd m-2.
Lysdioder (LED) har blivit den vanligaste belysningstekniken tack vare deras höga effektivitet, långa livslängd, solid-state- och miljösäkerhetsfördelar, och möter den globala efterfrågan på energieffektivitet och miljömässig hållbarhet. Som en halvledar-pn-diod kan LED endast drivas med en lågspänningslikströmskälla (DC). På grund av enkelriktad och kontinuerlig laddningsinjektion ackumuleras laddningar och Joule-uppvärmning inuti enheten, vilket minskar LED:ens driftsstabilitet. Dessutom är den globala strömförsörjningen huvudsakligen baserad på högspänningsväxelström, och många hushållsapparater som LED-lampor kan inte direkt använda högspänningsväxelström. Därför, när LED drivs av hushållselektricitet, krävs en ytterligare AC-DC-omvandlare som mellanhand för att omvandla högspänningsväxelström till lågspänningslikström. En typisk AC-DC-omvandlare inkluderar en transformator för att minska nätspänningen och en likriktarkrets för att likrikta växelströmsingången (se figur 1a). Även om omvandlingseffektiviteten för de flesta AC-DC-omvandlare kan nå över 90 %, finns det fortfarande energiförlust under omvandlingsprocessen. För att justera lysdiodens ljusstyrka bör dessutom en dedikerad drivkrets användas för att reglera likströmsförsörjningen och ge den ideala strömmen för lysdioden (se kompletterande figur 1b).
Drivkretsens tillförlitlighet kommer att påverka LED-lampornas hållbarhet. Därför medför införandet av AC-DC-omvandlare och DC-drivrutiner inte bara extra kostnader (vilket står för cirka 17 % av den totala kostnaden för LED-lampor), utan ökar också strömförbrukningen och minskar LED-lampornas hållbarhet. Därför är det mycket önskvärt att utveckla LED- eller elektroluminescerande (EL) enheter som kan drivas direkt av hushållsspänningar på 110 V/220 V på 50 Hz/60 Hz utan behov av komplexa elektroniska komponenter.
Under de senaste decennierna har flera växelströmsdrivna elektroluminescerande (AC-EL) enheter demonstrerats. En typisk växelströmselektronisk ballast består av ett fluorescerande pulveremitterande lager mellan två isolerande lager (Figur 2a). Användningen av isoleringsskiktet förhindrar injektion av externa laddningsbärare, så det flyter ingen likström genom enheten. Enheten fungerar som en kondensator, och under drivning av ett högt växelströmselektriskt fält kan de internt genererade elektronerna tunnla från infångningspunkten till emissionsskiktet. Efter att ha erhållit tillräcklig kinetisk energi kolliderar elektronerna med det luminescerande centrumet, vilket producerar excitoner och emitterar ljus. På grund av oförmågan att injicera elektroner från utsidan av elektroderna är ljusstyrkan och effektiviteten hos dessa enheter betydligt lägre, vilket begränsar deras tillämpningar inom belysning och display.
För att förbättra dess prestanda har man konstruerat elektroniska AC-förkopplingsdon med ett enda isoleringsskikt (se kompletterande figur 2b). I denna struktur, under den positiva halvcykeln av växelströmsdrift, injiceras en laddningsbärare direkt i emissionsskiktet från den externa elektroden. Effektiv ljusemission kan observeras genom rekombination med en annan typ av laddningsbärare som genereras internt. Under den negativa halvcykeln av växelströmsdrift kommer dock de injicerade laddningsbärarna att frigöras från enheten och kommer därför inte att avge ljus. På grund av det faktum att ljusemission endast sker under halvcykeln av driften är effektiviteten hos denna växelströmsenhet lägre än för likströmsenheter. På grund av enheternas kapacitansegenskaper är dessutom elektroluminescensprestanda för båda växelströmsenheterna frekvensberoende, och optimal prestanda uppnås vanligtvis vid höga frekvenser på flera kilohertz, vilket gör dem svåra att vara kompatibla med vanlig hushållsväxelström vid låga frekvenser (50 hertz/60 hertz).
Nyligen föreslog någon en elektronisk växelströmsenhet som kan arbeta vid frekvenser på 50 Hz/60 Hz. Denna enhet består av två parallella likströmsenheter (se figur 2c). Genom att kortsluta de övre elektroderna på de två enheterna och ansluta de nedre koplanära elektroderna till en växelströmskälla kan de två enheterna växelvis slås på. Ur ett kretsperspektiv erhålls denna AC-DC-enhet genom att ansluta en framåtriktad enhet och en bakåtriktad enhet i serie. När framåtriktad enhet slås på stängs den bakåtriktade enheten av och fungerar som ett motstånd. På grund av närvaron av motstånd är elektroluminescenseffektiviteten relativt låg. Dessutom kan AC-ljusemitterande enheter endast arbeta vid låg spänning och kan inte direkt kombineras med 110 V/220 V standard hushållselektricitet. Som visas i kompletterande figur 3 och kompletterande tabell 1 är prestandan (ljusstyrka och energieffektivitet) hos rapporterade AC-DC-strömsenheter som drivs av hög växelspänning lägre än för likströmsenheter. Hittills finns det ingen AC-DC-strömförsörjning som kan drivas direkt av hushållselektricitet vid 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, och som har hög effektivitet och lång livslängd.
Chen Shuming och hans team från Southern University of Science and Technology har utvecklat en seriekopplad kvantprick-lysdiod med transparent ledande indiumzinkoxid som mellanelektrod. Dioden kan arbeta under positiva och negativa växelströmscykler, med externa kvantverkningsgrader på 20,09 % respektive 21,15 %. Genom att seriekoppla flera seriekopplade enheter kan panelen dessutom drivas direkt av hushållsström utan behov av komplexa backend-kretsar. Med en spänning på 220 V/50 Hz är energieffektiviteten för den röda plug and play-panelen 15,70 lm W-1, och den justerbara ljusstyrkan kan nå upp till 25834 cd m-2. Den utvecklade plug and play-kvantprick-LED-panelen kan producera ekonomiska, kompakta, effektiva och stabila halvledarljuskällor som kan drivas direkt av hushållsström.
Hämtat från Lightingchina.com
Publiceringstid: 14 januari 2025