Uvod: Chen Shuming i drugi s Južnog sveučilišta za znanost i tehnologiju razvili su serijski povezanu diodu koja emitira svjetlost s kvantnom točkom korištenjem prozirnog vodljivog indijevog cink oksida kao međuelektrode. Dioda može raditi pod pozitivnim i negativnim ciklusima izmjenične struje, s vanjskom kvantnom učinkovitošću od 20,09% odnosno 21,15%. Osim toga, povezivanjem više serijski povezanih uređaja, ploča se može izravno pokretati izmjeničnom strujom u kućanstvu bez potrebe za složenim pozadinskim krugovima. Pod pogonom od 220 V/50 Hz, energetska učinkovitost crvene plug and play ploče je 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 životnog vijeka, čvrstog stanja i sigurnosnih prednosti za okoliš, zadovoljavajući globalnu potražnju za energetskom učinkovitošću i ekološkom održivošću. Kao poluvodička pn dioda, LED može raditi samo pod pogonom izvora istosmjerne struje niskog napona (DC). Zbog jednosmjernog i kontinuiranog ubrizgavanja naboja, naboji i Jouleovo zagrijavanje nakupljaju se unutar uređaja, čime se smanjuje radna stabilnost LED-a. Osim toga, globalna opskrba električnom energijom uglavnom se temelji na izmjeničnoj struji visokog napona, a mnogi kućanski uređaji poput LED svjetala ne mogu izravno koristiti izmjeničnu struju visokog napona. Stoga, kada LED pokreće električna energija iz kućanstva, 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%, još uvijek 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 pogonskog kruga utjecat će na trajnost LED svjetala. Stoga uvođenje AC-DC pretvarača i DC drivera ne samo da stvara dodatne troškove (koji čine oko 17% ukupne cijene LED svjetiljki), već također povećava potrošnju energije i smanjuje trajnost LED svjetiljki. Stoga je vrlo poželjan razvoj LED ili elektroluminiscentnih (EL) uređaja koji se mogu izravno pokretati kućnim naponima od 110 V/220 V od 50 Hz/60 Hz bez potrebe za složenim pozadinskim elektroničkim uređajima.
U proteklih nekoliko desetljeća demonstrirano je nekoliko AC-EL (AC-EL) elektroluminescentnih uređaja. Tipična elektronička prigušnica za izmjeničnu struju sastoji se od sloja koji emitira fluorescentni prah smještenog 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 pogonom visokog izmjeničnog električnog polja, interno generirani elektroni mogu tunelirati od točke hvatanja do sloja emisije. Nakon dobivanja dovoljne kinetičke energije, elektroni se sudaraju s luminiscentnim središtem, stvarajući ekscitone i emitirajući svjetlost. Zbog nemogućnosti ubacivanja elektrona izvan elektroda, svjetlina i učinkovitost ovih uređaja su znatno niži, što ograničava njihovu primjenu u područjima rasvjete i zaslona.
Kako bi se poboljšala njegova izvedba, ljudi su dizajnirali AC elektroničke prigušnice s jednim izolacijskim slojem (vidi dodatnu sliku 2b). U ovoj strukturi, tijekom pozitivnog poluciklusa izmjeničnog pogona, nositelj naboja izravno se ubrizgava u sloj emisije s vanjske elektrode; Učinkovita emisija svjetlosti može se promatrati rekombinacijom s drugom vrstom interno generiranog nositelja naboja. Međutim, tijekom negativnog poluciklusa izmjeničnog pogona, ubrizgani nositelji naboja bit će oslobođeni iz uređaja i stoga neće emitirati svjetlost. Zbog činjenice da se emisija svjetla događa samo tijekom poluciklusa pogona, učinkovitost ovog izmjeničnog uređaja je niža nego kod istosmjernih uređaja. Osim toga, zbog karakteristika kapacitivnosti 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 kompatibilnim sa standardnom kućanskom strujom izmjenične struje pri niskim frekvencije (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 istosmjerna uređaja (vidi sliku 2c). Električnim kratkim spojem gornjih elektroda dvaju uređaja i spajanjem donjih koplanarnih elektroda na izvor izmjenične struje, dva se uređaja mogu naizmjenično uključiti. Iz perspektive strujnog kruga, ovaj AC-DC uređaj se dobiva spajanjem uređaja za naprijed i uređaja za povratak u seriju. Kada je uređaj za naprijed uključen, uređaj za povratak se isključuje, djelujući kao otpornik. Zbog prisutnosti otpora, učinkovitost elektroluminiscencije je relativno niska. Osim toga, AC uređaji koji emitiraju svjetlo mogu raditi samo na niskom naponu i ne mogu se izravno kombinirati sa standardnom električnom energijom za kućanstvo od 110 V/220 V. Kao što je prikazano na Dodatnoj slici 3 i Dodatnoj tablici 1, izvedba (svjetlina i energetska učinkovitost) prijavljenih uređaja za izmjenično-istosmjerno napajanje pogonjenih visokim izmjeničnim naponom niža je od one za istosmjerne uređaje. Do sada ne postoji uređaj za AC-DC napajanje koji se može izravno napajati električnom energijom iz kućanstva na 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, a ima visoku učinkovitost i dug životni vijek.
Chen Shuming i njegov tim s Južnog sveučilišta za znanost i tehnologiju razvili su serijski povezanu diodu koja emitira svjetlost s kvantnom točkom koristeći prozirni vodljivi indij cink 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, povezivanjem više serijski povezanih uređaja, ploča se može izravno pokretati izmjeničnom strujom u kućanstvu bez potrebe za složenim pozadinskim krugovima. Pod pogonom od 220 V/50 Hz, energetska učinkovitost crvene plug and play ploče je 15,70 lm W-1, a podesiva svjetlina može doseći do 25834 cd m-2. Razvijeni plug and play LED panel s kvantnom točkom može proizvesti ekonomične, kompaktne, učinkovite i stabilne poluprovodničke izvore svjetlosti koji se mogu izravno napajati izmjeničnom strujom u kućanstvu.
Preuzeto s Lightingchina.com
Vrijeme objave: 14. siječnja 2025