Εισαγωγή: Ο Chen Shuming και άλλοι από το Southern University of Science and Technology ανέπτυξαν μια σειριακά συνδεδεμένη δίοδο εκπομπής φωτός κβαντικών κουκκίδων χρησιμοποιώντας διαφανές αγώγιμο οξείδιο του ινδίου-ψευδαργύρου ως ενδιάμεσο ηλεκτρόδιο. Η δίοδος μπορεί να λειτουργεί υπό θετικούς και αρνητικούς κύκλους εναλλασσόμενου ρεύματος, με εξωτερικές κβαντικές αποδόσεις 20,09% και 21,15% αντίστοιχα. Επιπλέον, συνδέοντας πολλαπλές σειριακά συνδεδεμένες συσκευές, ο πίνακας μπορεί να τροφοδοτείται απευθείας από οικιακή τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς την ανάγκη για πολύπλοκα κυκλώματα backend. Υπό την τάση 220 V/50 Hz, η ενεργειακή απόδοση του κόκκινου πάνελ plug and play είναι 15,70 lm W-1 και η ρυθμιζόμενη φωτεινότητα μπορεί να φτάσει έως και 25834 cd m-2.
Οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) έχουν γίνει η κυρίαρχη τεχνολογία φωτισμού λόγω της υψηλής απόδοσης, της μεγάλης διάρκειας ζωής, των πλεονεκτημάτων τους σε στερεά κατάσταση και της περιβαλλοντικής ασφάλειας, καλύπτοντας την παγκόσμια ζήτηση για ενεργειακή απόδοση και περιβαλλοντική βιωσιμότητα. Ως δίοδος ημιαγωγού pn, η LED μπορεί να λειτουργεί μόνο υπό την οδήγηση μιας πηγής συνεχούς ρεύματος (DC) χαμηλής τάσης. Λόγω της μονοκατευθυντικής και συνεχούς έγχυσης φορτίου, τα φορτία και η θέρμανση Joule συσσωρεύονται μέσα στη συσκευή, μειώνοντας έτσι τη λειτουργική σταθερότητα της LED. Επιπλέον, η παγκόσμια τροφοδοσία βασίζεται κυρίως σε εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής τάσης και πολλές οικιακές συσκευές, όπως τα φώτα LED, δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν απευθείας εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής τάσης. Επομένως, όταν η LED τροφοδοτείται από οικιακό ηλεκτρικό ρεύμα, απαιτείται ένας επιπλέον μετατροπέας AC-DC ως ενδιάμεσος για τη μετατροπή της ισχύος AC υψηλής τάσης σε ισχύ DC χαμηλής τάσης. Ένας τυπικός μετατροπέας AC-DC περιλαμβάνει έναν μετασχηματιστή για τη μείωση της τάσης δικτύου και ένα κύκλωμα ανορθωτή για την ανόρθωση της εισόδου AC (βλ. Σχήμα 1α). Παρόλο που η απόδοση μετατροπής των περισσότερων μετατροπέων AC-DC μπορεί να φτάσει πάνω από 90%, εξακολουθεί να υπάρχει απώλεια ενέργειας κατά τη διαδικασία μετατροπής. Επιπλέον, για να ρυθμίσετε τη φωτεινότητα της λυχνίας LED, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα ειδικό κύκλωμα οδήγησης για να ρυθμίσετε την τροφοδοσία DC και να παρέχετε το ιδανικό ρεύμα για τη λυχνία LED (βλ. Συμπληρωματικό Σχήμα 1b).
Η αξιοπιστία του κυκλώματος οδήγησης θα επηρεάσει την ανθεκτικότητα των λαμπτήρων LED. Συνεπώς, η εισαγωγή μετατροπέων AC-DC και οδηγών DC όχι μόνο συνεπάγεται πρόσθετο κόστος (που αντιπροσωπεύει περίπου το 17% του συνολικού κόστους των λαμπτήρων LED), αλλά αυξάνει επίσης την κατανάλωση ενέργειας και μειώνει την ανθεκτικότητα των λαμπτήρων LED. Συνεπώς, η ανάπτυξη συσκευών LED ή ηλεκτροφωταύγειας (EL) που μπορούν να τροφοδοτούνται απευθείας από οικιακές τάσεις 110 V/220 V 50 Hz/60 Hz χωρίς την ανάγκη για πολύπλοκες ηλεκτρονικές συσκευές backend είναι ιδιαίτερα επιθυμητή.
Τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν παρουσιαστεί αρκετές ηλεκτροφωταυγείς συσκευές (AC-EL) που λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα. Ένα τυπικό ηλεκτρονικό έρμα εναλλασσόμενου ρεύματος αποτελείται από ένα στρώμα εκπομπής φθορίζουσας σκόνης που βρίσκεται ανάμεσα σε δύο μονωτικά στρώματα (Σχήμα 2α). Η χρήση μονωτικού στρώματος εμποδίζει την έγχυση εξωτερικών φορέων φορτίου, επομένως δεν υπάρχει συνεχές ρεύμα που να ρέει μέσω της συσκευής. Η συσκευή έχει τη λειτουργία ενός πυκνωτή και, υπό την ώθηση ενός υψηλού ηλεκτρικού πεδίου εναλλασσόμενου ρεύματος, τα ηλεκτρόνια που παράγονται εσωτερικά μπορούν να δημιουργήσουν σήραγγα από το σημείο σύλληψης στο στρώμα εκπομπής. Αφού αποκτήσουν επαρκή κινητική ενέργεια, τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με το κέντρο φωταύγειας, παράγοντας εξιτόνια και εκπέμποντας φως. Λόγω της αδυναμίας έγχυσης ηλεκτρονίων από το εξωτερικό των ηλεκτροδίων, η φωτεινότητα και η απόδοση αυτών των συσκευών είναι σημαντικά χαμηλότερες, γεγονός που περιορίζει τις εφαρμογές τους στους τομείς του φωτισμού και της απεικόνισης.
Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοσή του, έχουν σχεδιαστεί ηλεκτρονικά στραγγαλιστικά πηνία AC με ένα μόνο στρώμα μόνωσης (βλ. Συμπληρωματικό Σχήμα 2b). Σε αυτή τη δομή, κατά τη διάρκεια του θετικού ημικύκλου της οδήγησης AC, ένας φορέας φορτίου εγχέεται απευθείας στο στρώμα εκπομπής από το εξωτερικό ηλεκτρόδιο. Η αποτελεσματική εκπομπή φωτός μπορεί να παρατηρηθεί με ανασυνδυασμό με έναν άλλο τύπο φορέα φορτίου που παράγεται εσωτερικά. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια του αρνητικού ημικύκλου της οδήγησης AC, οι εγχυόμενοι φορείς φορτίου θα απελευθερωθούν από τη συσκευή και επομένως δεν θα εκπέμπουν φως. Λόγω του γεγονότος ότι η εκπομπή φωτός εμφανίζεται μόνο κατά τη διάρκεια του ημικύκλου οδήγησης, η απόδοση αυτής της συσκευής AC είναι χαμηλότερη από αυτή των συσκευών DC. Επιπλέον, λόγω των χαρακτηριστικών χωρητικότητας των συσκευών, η απόδοση ηλεκτροφωταύγειας και των δύο συσκευών AC εξαρτάται από τη συχνότητα και η βέλτιστη απόδοση επιτυγχάνεται συνήθως σε υψηλές συχνότητες αρκετών kilohertz, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη συμβατότητά τους με την τυπική οικιακή ισχύ AC σε χαμηλές συχνότητες (50 hertz/60 hertz).
Πρόσφατα, κάποιος πρότεινε μια ηλεκτρονική συσκευή AC που μπορεί να λειτουργεί σε συχνότητες 50 Hz/60 Hz. Αυτή η συσκευή αποτελείται από δύο παράλληλες συσκευές DC (βλ. Σχήμα 2c). Βραχυκυκλώνοντας ηλεκτρικά τα επάνω ηλεκτρόδια των δύο συσκευών και συνδέοντας τα κάτω συνεπίπεδα ηλεκτρόδια σε μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος, οι δύο συσκευές μπορούν να ενεργοποιούνται εναλλάξ. Από την άποψη του κυκλώματος, αυτή η συσκευή AC-DC επιτυγχάνεται συνδέοντας μια συσκευή εμπρόσθιας και μια συσκευή ανάστροφης σε σειρά. Όταν η συσκευή εμπρόσθιας είναι ενεργοποιημένη, η συσκευή ανάστροφης λειτουργίας απενεργοποιείται, λειτουργώντας ως αντίσταση. Λόγω της παρουσίας αντίστασης, η απόδοση ηλεκτροφωταύγειας είναι σχετικά χαμηλή. Επιπλέον, οι συσκευές εκπομπής φωτός AC μπορούν να λειτουργούν μόνο σε χαμηλή τάση και δεν μπορούν να συνδυαστούν άμεσα με τυπικό οικιακό ηλεκτρικό ρεύμα 110 V/220 V. Όπως φαίνεται στο Συμπληρωματικό Σχήμα 3 και στον Συμπληρωματικό Πίνακα 1, η απόδοση (φωτεινότητα και ενεργειακή απόδοση) των αναφερόμενων συσκευών ισχύος AC-DC που κινούνται από υψηλή τάση AC είναι χαμηλότερη από αυτή των συσκευών DC. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει συσκευή τροφοδοσίας AC-DC που να μπορεί να τροφοδοτείται απευθείας από οικιακό ηλεκτρικό ρεύμα στα 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, και να έχει υψηλή απόδοση και μεγάλη διάρκεια ζωής.
Ο Chen Shuming και η ομάδα του από το Southern University of Science and Technology ανέπτυξαν μια σειριακά συνδεδεμένη δίοδο εκπομπής φωτός κβαντικών κουκκίδων χρησιμοποιώντας διαφανές αγώγιμο οξείδιο του ινδίου-ψευδαργύρου ως ενδιάμεσο ηλεκτρόδιο. Η δίοδος μπορεί να λειτουργεί υπό θετικούς και αρνητικούς κύκλους εναλλασσόμενου ρεύματος, με εξωτερικές κβαντικές αποδόσεις 20,09% και 21,15% αντίστοιχα. Επιπλέον, συνδέοντας πολλαπλές σειριακά συνδεδεμένες συσκευές, το πάνελ μπορεί να τροφοδοτείται απευθείας από οικιακό εναλλασσόμενο ρεύμα χωρίς την ανάγκη για πολύπλοκα κυκλώματα backend. Υπό την οδήγηση 220 V/50 Hz, η ενεργειακή απόδοση του κόκκινου πάνελ plug and play είναι 15,70 lm W-1 και η ρυθμιζόμενη φωτεινότητα μπορεί να φτάσει έως και 25834 cd m-2. Το αναπτυγμένο πάνελ LED κβαντικών κουκκίδων plug and play μπορεί να παράγει οικονομικές, συμπαγείς, αποδοτικές και σταθερές πηγές φωτός στερεάς κατάστασης που μπορούν να τροφοδοτούνται απευθείας από οικιακό εναλλασσόμενο ρεύμα.
Λήψη από το Lightingchina.com
Ώρα δημοσίευσης: 14 Ιανουαρίου 2025