Uvod: Chen Shuming in drugi z Južne univerze za znanost in tehnologijo so razvili zaporedno povezano svetlečo diodo s kvantnimi pikami z uporabo prozornega prevodnega indijevo-cinkovega oksida kot vmesne elektrode. Dioda lahko deluje pri pozitivnih in negativnih ciklih izmeničnega toka z zunanjimi kvantnimi izkoristki 20,09 % oziroma 21,15 %. Poleg tega lahko s povezovanjem več serijsko povezanih naprav ploščo neposredno poganja gospodinjski izmenični tok brez potrebe po zapletenih zalednih vezjih. Pri pogonu 220 V/50 Hz je moč rdeče plošče plug and play 15,70 lm W-1, nastavljiva svetlost pa lahko doseže do 25834 cd m-2.
Svetleče diode (LED) so zaradi svoje visoke učinkovitosti, dolge življenjske dobe, trdnosti in okoljske varnosti postale glavna tehnologija razsvetljave, s čimer izpolnjujejo globalno povpraševanje po energetski učinkovitosti in okoljski trajnosti. Kot polprevodniška pn dioda lahko LED deluje le pod pogonom nizkonapetostnega vira enosmernega toka (DC). Zaradi enosmernega in neprekinjenega vbrizgavanja naboja se naboji in joulsko segrevanje kopičijo v napravi, s čimer se zmanjša stabilnost delovanja LED. Poleg tega globalna oskrba z električno energijo v glavnem temelji na visokonapetostnem izmeničnem toku in številni gospodinjski aparati, kot so LED luči, ne morejo neposredno uporabljati visokonapetostnega izmeničnega toka. Zato je, ko LED poganja gospodinjska elektrika, potreben dodaten AC-DC pretvornik kot posrednik za pretvorbo visokonapetostnega AC v nizkonapetostni DC. Tipičen pretvornik AC-DC vključuje transformator za zmanjšanje omrežne napetosti in usmerniško vezje za usmerjanje vhoda AC (glej sliko 1a). Čeprav lahko učinkovitost pretvorbe večine AC-DC pretvornikov doseže več kot 90 %, med postopkom pretvorbe še vedno prihaja do izgube energije. Poleg tega je treba za prilagoditev svetlosti LED uporabiti namensko pogonsko vezje za uravnavanje enosmernega napajanja in zagotavljanje idealnega toka za LED (glejte dodatno sliko 1b).
Zanesljivost pogonskega vezja bo vplivala na vzdržljivost LED luči. Zato uvedba pretvornikov AC-DC in gonilnikov DC ne povzroči le dodatnih stroškov (ki predstavljajo približno 17 % skupnih stroškov LED-sijalk), temveč tudi poveča porabo energije in zmanjša življenjsko dobo LED-sijalk. Zato je zelo zaželen razvoj LED ali elektroluminiscenčnih (EL) naprav, ki jih je mogoče neposredno poganjati z gospodinjskimi napetostmi 110 V/220 V 50 Hz/60 Hz brez potrebe po kompleksnih zalednih elektronskih napravah.
V zadnjih nekaj desetletjih je bilo predstavljenih več elektroluminiscenčnih (AC-EL) naprav na AC pogon. Tipična elektronska predstikalna naprava AC je sestavljena iz plasti, ki oddaja fluorescentni prah, stisnjene med dve izolacijski plasti (slika 2a). Uporaba izolacijskega sloja preprečuje vbrizgavanje zunanjih nosilcev naboja, zato skozi napravo ne teče enosmerni tok. Naprava ima funkcijo kondenzatorja in pod močnim električnim poljem izmeničnega toka lahko elektroni, ki nastanejo v notranjosti, tunelirajo od točke zajemanja do emisijske plasti. Po pridobitvi zadostne kinetične energije elektroni trčijo v luminiscenčno središče, pri čemer nastanejo ekscitoni in oddajajo svetlobo. Zaradi nezmožnosti vbrizgavanja elektronov od zunaj elektrod sta svetlost in učinkovitost teh naprav bistveno nižja, kar omejuje njihovo uporabo na področju razsvetljave in zaslona.
Da bi izboljšali njegovo delovanje, so ljudje zasnovali elektronske predstikalne naprave AC z eno samo izolacijsko plastjo (glejte dodatno sliko 2b). V tej strukturi se med pozitivnim polciklom AC pogona nosilec naboja neposredno vbrizga v emisijsko plast z zunanje elektrode; Učinkovito oddajanje svetlobe je mogoče opaziti z rekombinacijo z drugo vrsto nosilca naboja, ki nastane znotraj. Vendar pa se med negativnim polciklom AC pogona vbrizgani nosilci naboja sprostijo iz naprave in zato ne bodo oddajali svetlobe. Zaradi dejstva, da se svetlobna emisija pojavi samo med polciklom vožnje, je učinkovitost te AC naprave nižja kot pri napravah z enosmernim tokom. Poleg tega je zaradi kapacitivnosti naprav elektroluminiscenčna zmogljivost obeh naprav z izmeničnim tokom odvisna od frekvence, optimalna zmogljivost pa je običajno dosežena pri visokih frekvencah nekaj kilohercev, zaradi česar sta težko združljivi s standardno gospodinjsko izmenično napetostjo pri nizkih frekvence (50 hercev/60 hercev).
Pred kratkim je nekdo predlagal elektronsko napravo AC, ki lahko deluje pri frekvencah 50 Hz/60 Hz. Ta naprava je sestavljena iz dveh vzporednih enosmernih naprav (glej sliko 2c). Z električnim kratkim stikom zgornjih elektrod obeh naprav in povezavo spodnjih koplanarnih elektrod z virom izmeničnega toka lahko obe napravi izmenično vklopite. Z vidika vezja je ta naprava AC-DC pridobljena z zaporedno povezavo naprave za naprej in naprave za vzvratno vožnjo. Ko je naprava za naprej vklopljena, se naprava za vzvratno vožnjo izklopi in deluje kot upor. Zaradi prisotnosti upora je učinkovitost elektroluminiscence relativno nizka. Poleg tega lahko naprave, ki oddajajo svetlobo AC, delujejo le pri nizki napetosti in jih ni mogoče neposredno kombinirati s standardno gospodinjsko elektriko 110 V/220 V. Kot je prikazano na dodatni sliki 3 in dodatni tabeli 1, je zmogljivost (svetlost in energetska učinkovitost) prijavljenih AC-DC naprav, ki jih poganja visoka izmenična napetost, nižja kot pri napravah DC. Zaenkrat ni napajalne naprave AC-DC, ki bi jo lahko neposredno poganjala gospodinjska elektrika pri 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz in bi imela visoko učinkovitost in dolgo življenjsko dobo.
Chen Shuming in njegova ekipa z Južne univerze za znanost in tehnologijo sta razvila serijsko povezano svetlečo diodo s kvantnimi pikami, ki uporabljata prozoren prevodni indijev cinkov oksid kot vmesno elektrodo. Dioda lahko deluje pri pozitivnih in negativnih ciklih izmeničnega toka z zunanjimi kvantnimi izkoristki 20,09 % oziroma 21,15 %. Poleg tega lahko s povezovanjem več serijsko povezanih naprav ploščo neposredno poganja gospodinjski izmenični tok brez potrebe po zapletenih zalednih vezjih. Pri pogonu 220 V/50 Hz je energetska učinkovitost rdeče plošče plug and play 15,70 lm W-1, nastavljiva svetlost pa lahko doseže do 25834 cd m-2. Razvita plošča LED s kvantnimi pikami plug and play lahko proizvede varčne, kompaktne, učinkovite in stabilne polprevodniške svetlobne vire, ki jih je mogoče neposredno napajati z gospodinjsko izmenično elektriko.
Povzeto po Lightingchina.com
Čas objave: 14. januarja 2025