Johdanto: Chen Shuming ja muut Southern University of Science and Technologyn tutkijat ovat kehittäneet sarjaan kytketyn kvanttipistevalodiodin käyttämällä läpinäkyvää, johtavaa indiumsinkkioksidia välielektrodina. Diodi voi toimia positiivisissa ja negatiivisissa vaihtovirtajaksoissa, ja sen ulkoinen kvanttihyötysuhde on 20,09 % ja 21,15 %. Lisäksi kytkemällä useita sarjaan kytkettyjä laitteita paneelia voidaan käyttää suoraan kotitalouksien verkkovirralla ilman monimutkaisia taustapiirejä. 220 V/50 Hz -käytössä punaisen plug and play -paneelin energiatehokkuus on 15,70 lm W-1 ja säädettävä kirkkaus voi olla jopa 25834 cd m-2.
Valoa emittoivista diodeista (LED) on tullut valtavirran valaistustekniikka korkean hyötysuhteensa, pitkän käyttöikänsä, puolijohderakenteensa ja ympäristöturvallisuusetujensa ansiosta, ja ne vastaavat maailmanlaajuiseen energiatehokkuuden ja ympäristön kestävyyden kysyntään. Puolijohde-pn-diodina LED voi toimia vain matalajännitteisen tasavirtalähteen (DC) avulla. Yksisuuntaisen ja jatkuvan varauksen injektoinnin vuoksi varaukset ja Joule-lämpö kerääntyvät laitteen sisään, mikä heikentää LEDin toimintavakautta. Lisäksi maailmanlaajuinen virransyöttö perustuu pääasiassa korkeajännitteiseen vaihtovirtaan, eivätkä monet kodinkoneet, kuten LED-valot, voi käyttää suoraan korkeajännitteistä vaihtovirtaa. Siksi, kun LEDiä käytetään kotitaloussähköllä, tarvitaan ylimääräinen AC-DC-muunnin välittäjäksi korkeajännitteisen vaihtovirran muuntamiseksi matalajännitteiseksi tasavirraksi. Tyypillinen AC-DC-muunnin sisältää muuntajan verkkojännitteen pienentämiseksi ja tasasuuntaajapiirin vaihtovirran tasasuuntaamiseksi (katso kuva 1a). Vaikka useimpien AC-DC-muuntimien muuntotehokkuus voi olla yli 90 %, muunnosprosessin aikana tapahtuu silti energiahäviöitä. Lisäksi LEDin kirkkauden säätämiseksi tulisi käyttää erillistä käyttöpiiriä tasavirtalähteen säätämiseen ja LEDin ihanteellisen virran tarjoamiseen (katso lisäkuva 1b).
Ohjainpiirin luotettavuus vaikuttaa LED-valojen kestävyyteen. Siksi AC-DC-muuntimien ja DC-ohjainten käyttöönotto ei ainoastaan aiheuta lisäkustannuksia (noin 17 % LED-lamppujen kokonaiskustannuksista), vaan myös lisää virrankulutusta ja heikentää LED-lamppujen kestävyyttä. Siksi on erittäin toivottavaa kehittää LED- tai elektroluminesenssilaitteita (EL), joita voidaan ohjata suoraan kotitalouksien 110 V/220 V 50 Hz/60 Hz -jännitteillä ilman monimutkaisia taustaelektronisia laitteita.
Viime vuosikymmeninä on kehitetty useita vaihtovirtakäyttöisiä elektroluminesenssilaitteita (AC-EL). Tyypillinen vaihtovirtakäyttöinen elektroninen liitäntälaite koostuu fluoresoivasta jauheesta emittoivasta kerroksesta kahden eristävän kerroksen välissä (kuva 2a). Eristyskerroksen käyttö estää ulkoisten varauksenkuljettajien injektoinnin, joten laitteen läpi ei kulje tasavirtaa. Laite toimii kondensaattorina, ja voimakkaan vaihtovirtakentän vaikutuksesta sisäisesti syntyvät elektronit voivat tunneloida sieppauspisteestä emissiokerrokseen. Saatuaan riittävästi kineettistä energiaa elektronit törmäävät luminesoivaan keskukseen tuottaen eksitoneja ja emittoimalla valoa. Koska elektroneja ei voida injektoida elektrodien ulkopuolelta, näiden laitteiden kirkkaus ja hyötysuhde ovat huomattavasti alhaisemmat, mikä rajoittaa niiden sovelluksia valaistuksen ja näytön aloilla.
Parantaakseen suorituskykyään on suunniteltu elektronisia vaihtovirtaliitäntälaitteita, joissa on yksi eristekerros (katso lisäkuva 2b). Tässä rakenteessa vaihtovirtakäytön positiivisen puolijakson aikana varauksenkuljettaja ruiskutetaan suoraan emissiokerrokseen ulkoisesta elektrodista; Tehokas valonemissio voidaan havaita rekombinaatiolla toisen tyyppisen sisäisesti tuotetun varauksenkuljettajan kanssa. Vaihtovirtakäytön negatiivisen puolijakson aikana ruiskutetut varauksenkuljettajat kuitenkin vapautuvat laitteesta eivätkä siksi emittoi valoa. Koska valonemissio tapahtuu vain ajon puolijakson aikana, tämän vaihtovirtalaitteen hyötysuhde on alhaisempi kuin tasavirtalaitteiden. Lisäksi laitteiden kapasitanssiominaisuuksien vuoksi molempien vaihtovirtalaitteiden elektroluminesenssin suorituskyky on taajuusriippuvainen, ja optimaalinen suorituskyky saavutetaan yleensä useiden kilohertsien korkeilla taajuuksilla, mikä tekee niiden yhteensopivuuden tavallisen kotitalousverkkovirran kanssa matalilla taajuuksilla (50 hertsiä/60 hertsiä).
Äskettäin joku ehdotti vaihtovirtaelektroniikkalaitetta, joka voi toimia 50 Hz/60 Hz:n taajuuksilla. Tämä laite koostuu kahdesta rinnakkaisesta tasavirtalaitteesta (katso kuva 2c). Oikosulkemalla sähköisesti kahden laitteen yläelektrodit ja kytkemällä alemmat samatasoiset elektrodit vaihtovirtalähteeseen, laitteet voidaan kytkeä vuorotellen päälle. Piirin näkökulmasta tämä vaihtovirta-tasavirtalaite saadaan kytkemällä eteenpäin suuntautuva laite ja taaksepäin suuntautuva laite sarjaan. Kun eteenpäin suuntautuva laite kytketään päälle, taaksepäin suuntautuva laite sammutetaan ja toimii vastuksena. Vastuksen vuoksi elektroluminesenssin hyötysuhde on suhteellisen alhainen. Lisäksi vaihtovirtavaloa emittoivat laitteet voivat toimia vain matalalla jännitteellä, eikä niitä voida yhdistää suoraan 110 V/220 V:n tavalliseen kotitaloussähköön. Kuten lisäkuvassa 3 ja lisätaulukossa 1 on esitetty, korkealla vaihtojännitteellä toimivien AC-DC-laitteiden suorituskyky (kirkkaus ja tehokkuus) on alhaisempi kuin tasavirtalaitteiden. Tähän mennessä ei ole olemassa AC-DC-virtalähdettä, jota voitaisiin käyttää suoraan kotitaloussähköllä 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz jännitteillä ja jolla olisi korkea hyötysuhde ja pitkä käyttöikä.
Chen Shuming ja hänen tiiminsä Southern University of Science and Technologysta ovat kehittäneet sarjaan kytketyn kvanttipiste-LED-paneelin käyttäen läpinäkyvää johtavaa indiumsinkkioksidia välielektrodina. Diodi voi toimia positiivisissa ja negatiivisissa vaihtovirtajaksoissa, ja sen ulkoiset kvanttihyötysuhteet ovat vastaavasti 20,09 % ja 21,15 %. Lisäksi kytkemällä useita sarjaan kytkettyjä laitteita paneelia voidaan ohjata suoraan kotitalouksien verkkovirralla ilman monimutkaisia taustapiirejä. 220 V/50 Hz:n ohjauksella punaisen plug and play -paneelin energiatehokkuus on 15,70 lm W-1 ja säädettävä kirkkaus voi nousta jopa 25834 cd m-2:een. Kehitetty plug and play -kvanttipiste-LED-paneeli voi tuottaa taloudellisia, kompakteja, tehokkaita ja vakaita puolijohdevalonlähteitä, jotka voidaan käyttää suoraan kotitalouksien verkkovirralla.
Otettu Lightingchina.com-sivustolta
Julkaisun aika: 14. tammikuuta 2025