Uvod: Chen Shuming in drugi z Južne univerze za znanost in tehnologijo so razvili zaporedno povezano kvantno pikčasto svetlečo diodo z uporabo prozornega prevodnega indijevega cinkovega oksida kot vmesne elektrode. Dioda lahko deluje v pozitivnih in negativnih ciklih izmeničnega toka, z zunanjim kvantnim izkoristkom 20,09 % oziroma 21,15 %. Poleg tega lahko z vezavo več zaporedno povezanih naprav panel neposredno napaja gospodinjski izmenični tok brez potrebe po zapletenih zalednih vezjih. Pri napajanju z napetostjo 220 V/50 Hz znaša energetska učinkovitost rdečega panela »plug and play« 15,70 lm W-1, nastavljiva svetlost pa lahko doseže do 25834 cd m-2.
Svetleče diode (LED) so postale glavna svetlobna tehnologija zaradi visoke učinkovitosti, dolge življenjske dobe, trdnih snovi in prednosti glede okoljske varnosti, s čimer zadovoljujejo svetovno povpraševanje po energetski učinkovitosti in okoljski trajnosti. Kot polprevodniška pn dioda lahko LED deluje le napajana iz nizkonapetostnega enosmernega vira (DC). Zaradi enosmernega in neprekinjenega vbrizgavanja naboja se naboji in Joulovo segrevanje kopičijo v napravi, kar zmanjšuje stabilnost delovanja LED. Poleg tega globalno napajanje temelji predvsem na visokonapetostnem izmeničnem toku in številni gospodinjski aparati, kot so LED luči, ne morejo neposredno uporabljati visokonapetostnega izmeničnega toka. Zato je pri delovanju LED diod z gospodinjsko elektriko potreben dodaten pretvornik AC-DC kot posrednik za pretvorbo visokonapetostnega izmeničnega toka v nizkonapetostni enosmerni tok. Tipičen pretvornik AC-DC vključuje transformator za zmanjšanje omrežne napetosti in usmerniško vezje za usmerjanje vhodnega izmeničnega toka (glej sliko 1a). Čeprav lahko učinkovitost pretvorbe večine pretvornikov AC-DC doseže več kot 90 %, med postopkom pretvorbe še vedno prihaja do izgube energije. Poleg tega je treba za nastavitev svetlosti LED diode uporabiti namensko krmilno vezje za regulacijo enosmernega napajanja in zagotavljanje idealnega toka za LED (glejte dodatno sliko 1b).
Zanesljivost gonilnega vezja bo vplivala na vzdržljivost LED-sijalk. Zato uvedba AC-DC pretvornikov in DC gonilnikov ne le povzroči dodatne stroške (ki predstavljajo približno 17 % celotnih stroškov LED-sijalk), temveč tudi poveča porabo energije in zmanjša vzdržljivost LED-sijalk. Zato je zelo zaželen razvoj LED ali elektroluminiscenčnih (EL) naprav, ki jih je mogoče neposredno napajati z gospodinjsko napetostjo 110 V/220 V s frekvenco 50 Hz/60 Hz brez potrebe po kompleksnih elektronskih napravah v ozadju.
V zadnjih nekaj desetletjih je bilo predstavljenih več elektroluminiscenčnih (AC-EL) naprav, ki jih poganja izmenični tok. Tipična elektronska predstikalna naprava z izmeničnim tokom je sestavljena iz plasti fluorescentnega prahu, ki je vstavljena med dve izolacijski plasti (slika 2a). Uporaba izolacijske plasti preprečuje vbrizgavanje zunanjih nosilcev naboja, zato skozi napravo ne teče enosmerni tok. Naprava ima funkcijo kondenzatorja in pod vplivom močnega izmeničnega električnega polja lahko elektroni, ki nastanejo v njej, tunelirajo od točke zajemanja do emisijske plasti. Ko elektroni dosežejo zadostno kinetično energijo, trčijo v luminiscenčno središče, pri čemer proizvajajo eksitone in oddajajo svetlobo. Zaradi nezmožnosti vbrizgavanja elektronov od zunaj elektrod sta svetlost in učinkovitost teh naprav bistveno nižji, kar omejuje njihovo uporabo na področju razsvetljave in prikazovanja.
Da bi izboljšali njihovo delovanje, so ljudje zasnovali elektronske predstikalne naprave za izmenični tok z eno samo izolacijsko plastjo (glej dodatno sliko 2b). V tej strukturi se med pozitivnim polciklom izmeničnega pogona nosilec naboja neposredno vbrizga v emisijsko plast iz zunanje elektrode; Učinkovito oddajanje svetlobe je mogoče opaziti z rekombinacijo z drugo vrsto nosilca naboja, ki se ustvari interno. Vendar pa se bodo med negativnim polciklom izmeničnega pogona vbrizgani nosilci naboja sprostili iz naprave in zato ne bodo oddajali svetlobe. Ker se oddajanje svetlobe pojavlja le med polciklom pogona, je učinkovitost te izmenične naprave nižja kot pri enosmernih napravah. Poleg tega je zaradi kapacitivnih značilnosti naprav delovanje elektroluminiscence obeh izmeničnih naprav odvisno od frekvence, optimalno delovanje pa je običajno doseženo pri visokih frekvencah več kilohercev, zaradi česar so težko združljive s standardnim gospodinjskim izmeničnim napajanjem pri nizkih frekvencah (50 hercev/60 hercev).
Nedavno je nekdo predlagal elektronsko napravo za izmenični tok, ki lahko deluje pri frekvencah 50 Hz/60 Hz. Ta naprava je sestavljena iz dveh vzporednih naprav za enosmerni tok (glej sliko 2c). Z električnim kratkim stikom zgornjih elektrod obeh naprav in priključitvijo spodnjih koplanarnih elektrod na vir izmeničnega napajanja se lahko obe napravi izmenično vklapljata. Z vidika vezja se ta naprava za izmenični tok dobi z zaporedno povezavo naprave za premični tok in naprave za povratni tok. Ko je naprava za premični tok vklopljena, se naprava za povratni tok izklopi in deluje kot upor. Zaradi prisotnosti upora je učinkovitost elektroluminiscence relativno nizka. Poleg tega lahko naprave za oddajanje svetleče energije na izmenični tok delujejo le pri nizki napetosti in jih ni mogoče neposredno kombinirati s standardno gospodinjsko električno napajalno napetostjo 110 V/220 V. Kot je prikazano na dodatni sliki 3 in dodatni tabeli 1, je zmogljivost (svetlost in energetska učinkovitost) prijavljenih naprav za izmenični tok, ki jih poganja visoka izmenična napetost, nižja kot pri napravah za enosmerni tok. Zaenkrat ni nobene naprave za izmenični/enosmerni tok, ki bi jo lahko neposredno napajala gospodinjska elektrika pri 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, in bi imela visoko učinkovitost ter dolgo življenjsko dobo.
Chen Shuming in njegova ekipa z Južne univerze za znanost in tehnologijo (Southern University of Science and Technology) so razvili zaporedno povezano kvantno pikčasto svetlečo diodo z uporabo prozornega prevodnega indijevega cinkovega oksida kot vmesne elektrode. Dioda lahko deluje v pozitivnih in negativnih ciklih izmeničnega toka, z zunanjo kvantno učinkovitostjo 20,09 % oziroma 21,15 %. Poleg tega lahko z vezavo več zaporedno povezanih naprav panel neposredno napaja gospodinjski izmenični tok brez potrebe po zapletenih zalednih vezjih. Pri napajanju z napetostjo 220 V/50 Hz je energetska učinkovitost rdečega panela »plug and play« 15,70 lm W-1, nastavljiva svetlost pa lahko doseže do 25834 cd m-2. Razviti kvantni pikčasti LED panel »plug and play« lahko proizvaja ekonomične, kompaktne, učinkovite in stabilne polprevodniške vire svetlobe, ki jih je mogoče neposredno napajati iz gospodinjskega izmeničnega toka.
Vzeto s spletne strani Lightingchina.com
Čas objave: 14. januar 2025