Bevezetés: Chen Shuming és a Southern University of Science and Technology munkatársai egy sorba kapcsolt kvantumpöttyös fénykibocsátó diódát fejlesztettek ki átlátszó, vezetőképes indium-cink-oxid köztes elektróda használatával. A dióda pozitív és negatív váltakozó áramú ciklusokban is működhet, 20,09%, illetve 21,15% külső kvantumhatásfokkal. Ezenkívül több sorba kapcsolt eszköz összekapcsolásával a panel közvetlenül háztartási váltakozó áramú hálózatról is működtethető, bonyolult háttéráramkörök nélkül. 220 V/50 Hz meghajtás mellett a piros plug and play panel energiahatékonysága 15,70 lm W-1, az állítható fényerő pedig elérheti a 25834 cd m-2-t.
A fénykibocsátó diódák (LED-ek) a nagy hatásfok, hosszú élettartam, szilárdtest-technológia és környezetbiztonsági előnyeik miatt váltak a mainstream világítástechnológiává, kielégítve az energiahatékonyság és a környezeti fenntarthatóság iránti globális igényt. Félvezető pn-diódaként a LED csak alacsony feszültségű egyenáramú (DC) forrással működhet. Az egyirányú és folyamatos töltésbefecskendezés miatt a töltések és a Joule-hő felhalmozódik az eszközben, ezáltal csökkentve a LED működési stabilitását. Ezenkívül a globális áramellátás főként nagyfeszültségű váltakozó áramon alapul, és számos háztartási készülék, például a LED-lámpák, nem tudnak közvetlenül nagyfeszültségű váltakozó áramot használni. Ezért, amikor a LED-et háztartási árammal hajtják, egy további AC-DC átalakítóra van szükség közvetítőként a nagyfeszültségű váltakozó áram alacsony feszültségű egyenárammá alakításához. Egy tipikus AC-DC átalakító tartalmaz egy transzformátort a hálózati feszültség csökkentésére és egy egyenirányító áramkört a váltakozó áramú bemenet egyenirányítására (lásd az 1a. ábrát). Bár a legtöbb AC-DC átalakító konverziós hatásfoka elérheti a 90%-ot, az átalakítási folyamat során továbbra is energiaveszteség keletkezik. Ezenkívül a LED fényerejének beállításához egy erre a célra szolgáló áramkört kell használni az egyenáramú tápegység szabályozására és a LED számára ideális áram biztosítására (lásd az 1b. kiegészítő ábrát).
A meghajtó áramkör megbízhatósága befolyásolja a LED-lámpák tartósságát. Ezért az AC-DC átalakítók és az DC meghajtók bevezetése nemcsak többletköltségekkel jár (a LED-lámpák teljes költségének körülbelül 17%-át teszi ki), hanem növeli az energiafogyasztást és csökkenti a LED-lámpák tartósságát is. Ezért rendkívül kívánatos olyan LED-es vagy elektrolumineszcens (EL) eszközök fejlesztése, amelyek közvetlenül meghajthatók háztartási 110 V/220 V 50 Hz/60 Hz feszültségekkel anélkül, hogy komplex háttérelektronikai eszközökre lenne szükség.
Az elmúlt évtizedekben számos váltakozó áramú elektrolumineszcens (AC-EL) eszközt mutattak be. Egy tipikus váltakozó áramú elektronikus előtét egy fluoreszkáló por emittáló rétegből áll, amely két szigetelőréteg között helyezkedik el (2a. ábra). A szigetelőréteg használata megakadályozza a külső töltéshordozók befecskendezését, így nem folyik át egyenáram az eszközön. Az eszköz kondenzátor funkcióval rendelkezik, és egy nagy váltakozó áramú elektromos tér hatására a belsőleg keletkező elektronok alagutat tudnak kialakítani a befogási ponttól az emissziós rétegig. Miután elegendő mozgási energiát szereztek, az elektronok ütköznek a lumineszcens központtal, excitonokat termelnek és fényt bocsátanak ki. Mivel nem lehet az elektródákon kívülről elektronokat befecskendezni, ezeknek az eszközöknek a fényereje és hatásfoka jelentősen alacsonyabb, ami korlátozza alkalmazásukat a világítás és a kijelzők területén.
A teljesítmény javítása érdekében egyetlen szigetelőréteggel ellátott váltakozó áramú elektronikus előtéteket terveztek (lásd a 2b. kiegészítő ábrát). Ebben a struktúrában a váltakozó áramú hajtás pozitív félciklusa alatt egy töltéshordozót közvetlenül a külső elektródáról injektálnak az emissziós rétegbe; Hatékony fénykibocsátás figyelhető meg egy másik, belsőleg generált töltéshordozóval való rekombináció révén. A váltakozó áramú hajtás negatív félciklusa alatt azonban a befecskendezett töltéshordozók felszabadulnak az eszközből, és ezért nem bocsátanak ki fényt. Mivel a fénykibocsátás csak a meghajtás félciklusa alatt történik, ennek a váltakozó áramú eszköznek a hatásfoka alacsonyabb, mint az egyenáramú eszközöké. Ezenkívül az eszközök kapacitásjellemzői miatt mindkét váltakozó áramú eszköz elektrolumineszcencia teljesítménye frekvenciafüggő, és az optimális teljesítményt általában néhány kilohertz magas frekvenciákon érik el, ami megnehezíti, hogy alacsony frekvenciákon (50 hertz/60 hertz) kompatibilisek legyenek a szabványos háztartási váltakozó árammal.
Nemrégiben valaki javasolt egy váltakozó áramú elektronikus eszközt, amely 50 Hz/60 Hz frekvencián képes működni. Ez az eszköz két párhuzamos egyenáramú eszközből áll (lásd a 2c. ábrát). A két eszköz felső elektródáinak elektromos rövidzárlatával és az alsó koplanáris elektródák váltakozó áramú tápforráshoz való csatlakoztatásával a két eszköz felváltva bekapcsolható. Áramköri szempontból ez az AC-DC eszköz egy előre irányuló és egy fordított eszköz sorba kapcsolásával jön létre. Amikor az előre irányuló eszköz be van kapcsolva, a fordított eszköz kikapcsol, ellenállásként működve. Az ellenállás jelenléte miatt az elektrolumineszcencia hatásfoka viszonylag alacsony. Ezenkívül a váltakozó áramú fénykibocsátó eszközök csak alacsony feszültségen működhetnek, és nem kombinálhatók közvetlenül a 110 V/220 V-os szabványos háztartási elektromos hálózattal. Amint a 3. kiegészítő ábra és az 1. kiegészítő táblázat mutatja, a nagy váltakozó feszültséggel működő AC-DC tápegységek teljesítménye (fényerő és energiahatékonyság) alacsonyabb, mint az egyenáramú eszközöké. Eddig nem létezik olyan AC-DC tápegység, amelyet közvetlenül háztartási elektromos árammal lehetne működtetni 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz feszültségen, és amely nagy hatásfokkal és hosszú élettartammal rendelkezik.
Chen Shuming és csapata a Southern University of Science and Technology-n kifejlesztett egy sorba kapcsolt kvantumpötty fénykibocsátó diódát, amely átlátszó, vezetőképes indium-cink-oxidot használ közbenső elektródaként. A dióda pozitív és negatív váltakozó áramú ciklusokban is működhet, 20,09%, illetve 21,15% külső kvantumhatásfokkal. Ezenkívül több sorba kapcsolt eszköz összekapcsolásával a panel közvetlenül háztartási váltakozó árammal is működtethető, bonyolult háttéráramkörök nélkül. 220 V/50 Hz meghajtás mellett a piros plug and play panel energiahatékonysága 15,70 lm W-1, az állítható fényerő pedig elérheti a 25834 cd m-2-t. A kifejlesztett plug and play kvantumpötty LED panel gazdaságos, kompakt, hatékony és stabil szilárdtest fényforrásokat képes előállítani, amelyek közvetlenül háztartási váltakozó árammal is táplálhatók.
A Lightingchina.com oldalról származik
Közzététel ideje: 2025. január 14.