Uvod: Chen Shuming i drugi sa Južnog sveučilišta znanosti i tehnologije razvili su serijski spojenu kvantnu točkastu svjetleću diodu koristeći prozirni vodljivi indij-cinkov oksid kao međuelektrodu. Dioda može raditi pod pozitivnim i negativnim ciklusima izmjenične struje, s vanjskom kvantnom učinkovitošću od 20,09% odnosno 21,15%. Osim toga, spajanjem više serijski spojenih uređaja, panel se može izravno napajati kućnom izmjeničnom strujom bez potrebe za složenim pozadinskim krugovima. Pod napajanjem od 220 V/50 Hz, energetska učinkovitost crvenog "plug and play" panela iznosi 15,70 lm W-1, a podesiva svjetlina može doseći do 25834 cd m-2.
Svjetleće diode (LED) postale su glavna tehnologija rasvjete zbog svoje visoke učinkovitosti, dugog vijeka trajanja, prednosti u čvrstom stanju i zaštiti okoliša, zadovoljavajući globalnu potražnju za energetskom učinkovitošću i održivošću okoliša. Kao poluvodička pn dioda, LED može raditi samo pod napajanjem iz niskonaponskog istosmjernog izvora struje (DC). Zbog jednosmjernog i kontinuiranog ubrizgavanja naboja, naboji i Jouleovo zagrijavanje akumuliraju se unutar uređaja, čime se smanjuje radna stabilnost LED-a. Osim toga, globalno napajanje uglavnom se temelji na visokonaponskoj izmjeničnoj struji, a mnogi kućanski aparati poput LED svjetala ne mogu izravno koristiti visokonaponsku izmjeničnu struju. Stoga, kada se LED napaja kućnom električnom energijom, potreban je dodatni AC-DC pretvarač kao posrednik za pretvaranje visokonaponske izmjenične struje u niskonaponsku istosmjernu struju. Tipični AC-DC pretvarač uključuje transformator za smanjenje mrežnog napona i ispravljački krug za ispravljanje AC ulaza (vidi sliku 1a). Iako učinkovitost pretvorbe većine AC-DC pretvarača može doseći preko 90%, i dalje postoji gubitak energije tijekom procesa pretvorbe. Osim toga, za podešavanje svjetline LED-a treba koristiti namjenski pogonski krug za regulaciju istosmjernog napajanja i osiguravanje idealne struje za LED (vidi Dodatnu sliku 1b).
Pouzdanost upravljačkog kruga utjecat će na trajnost LED svjetala. Stoga, uvođenje AC-DC pretvarača i DC upravljačkih programa ne samo da uzrokuje dodatne troškove (što čini oko 17% ukupne cijene LED žarulja), već i povećava potrošnju energije i smanjuje trajnost LED žarulja. Stoga je vrlo poželjan razvoj LED ili elektroluminiscentnih (EL) uređaja koji se mogu izravno pokretati kućnim naponom od 110 V/220 V od 50 Hz/60 Hz bez potrebe za složenim pozadinskim elektroničkim uređajima.
U posljednjih nekoliko desetljeća demonstrirano je nekoliko elektroluminiscentnih (AC-EL) uređaja pokretanih izmjeničnom strujom. Tipična AC elektronička prigušnica sastoji se od sloja fluorescentnog praha koji emitira između dva izolacijska sloja (slika 2a). Korištenje izolacijskog sloja sprječava ubrizgavanje vanjskih nositelja naboja, tako da kroz uređaj ne teče istosmjerna struja. Uređaj ima funkciju kondenzatora, a pod utjecajem jakog izmjeničnog električnog polja, elektroni generirani interno mogu tunelirati od točke hvatanja do sloja emisije. Nakon što dobiju dovoljnu kinetičku energiju, elektroni se sudaraju s luminiscentnim središtem, proizvodeći ekscitone i emitirajući svjetlost. Zbog nemogućnosti ubrizgavanja elektrona izvana u elektrode, svjetlina i učinkovitost ovih uređaja znatno su niži, što ograničava njihovu primjenu u područjima rasvjete i prikaza.
Kako bi se poboljšale performanse, ljudi su dizajnirali AC elektroničke prigušnice s jednim izolacijskim slojem (vidi Dodatnu sliku 2b). U ovoj strukturi, tijekom pozitivnog poluciklusa AC pogona, nositelj naboja se izravno ubrizgava u sloj emisije s vanjske elektrode; Učinkovita emisija svjetlosti može se promatrati rekombinacijom s drugom vrstom nositelja naboja generiranog interno. Međutim, tijekom negativnog poluciklusa AC pogona, ubrizgani nositelji naboja bit će oslobođeni iz uređaja i stoga neće emitirati svjetlost. Zbog činjenice da se emisija svjetlosti događa samo tijekom poluciklusa pogona, učinkovitost ovog AC uređaja je niža od učinkovitosti DC uređaja. Osim toga, zbog kapacitivnih karakteristika uređaja, performanse elektroluminiscencije oba AC uređaja ovise o frekvenciji, a optimalne performanse obično se postižu na visokim frekvencijama od nekoliko kiloherca, što ih čini teško kompatibilnima sa standardnom kućnom AC naponom na niskim frekvencijama (50 herca/60 herca).
Nedavno je netko predložio AC elektronički uređaj koji može raditi na frekvencijama od 50 Hz/60 Hz. Ovaj uređaj sastoji se od dva paralelna DC uređaja (vidi sliku 2c). Električnim kratkim spajanjem gornjih elektroda dvaju uređaja i spajanjem donjih koplanarnih elektroda na izvor izmjenične struje, dva uređaja mogu se naizmjenično uključivati. Iz perspektive kruga, ovaj AC-DC uređaj dobiva se spajanjem uređaja za prolazak naprijed i uređaja za prolazak unatrag u seriju. Kada je uređaj za prolazak naprijed uključen, uređaj za prolazak unatrag se isključuje, djelujući kao otpornik. Zbog prisutnosti otpora, učinkovitost elektroluminiscencije je relativno niska. Osim toga, AC uređaji koji emitiraju svjetlost mogu raditi samo na niskom naponu i ne mogu se izravno kombinirati sa standardnom kućnom električnom energijom od 110 V/220 V. Kao što je prikazano na dodatnoj slici 3 i dodatnoj tablici 1, performanse (svjetlina i energetska učinkovitost) prijavljenih AC-DC uređaja za napajanje pokretanih visokim izmjeničnim naponom niže su od performansi DC uređaja. Do sada ne postoji AC-DC uređaj za napajanje koji se može izravno napajati kućnom električnom energijom na 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, a koji ima visoku učinkovitost i dugi vijek trajanja.
Chen Shuming i njegov tim sa Južnog sveučilišta znanosti i tehnologije razvili su serijski spojenu kvantnu točkastu svjetleću diodu koristeći prozirni vodljivi indij-cinkov oksid kao međuelektrodu. Dioda može raditi pod pozitivnim i negativnim ciklusima izmjenične struje, s vanjskom kvantnom učinkovitošću od 20,09% odnosno 21,15%. Osim toga, spajanjem više serijski spojenih uređaja, panel se može izravno napajati kućnom izmjeničnom strujom bez potrebe za složenim pozadinskim krugovima. Pod napajanjem od 220 V/50 Hz, energetska učinkovitost crvenog "plug and play" panela iznosi 15,70 lm W-1, a podesiva svjetlina može doseći do 25834 cd m-2. Razvijeni "plug and play" kvantni točkasti LED panel može proizvesti ekonomične, kompaktne, učinkovite i stabilne izvore svjetlosti u čvrstom stanju koji se mogu izravno napajati kućnom izmjeničnom strujom.
Preuzeto s Lightingchina.com
Vrijeme objave: 14. siječnja 2025.