Introdución: Chen Shuming e outros da Southern University of Science and Technology desenvolveron un díodo emisor de luz de puntos cuánticos conectado en serie utilizando óxido de zinc-indio condutor transparente como eléctrodo intermedio. O díodo pode funcionar en ciclos de corrente alterna positiva e negativa, con eficiencias cuánticas externas do 20,09 % e do 21,15 %, respectivamente. Ademais, ao conectar varios dispositivos conectados en serie, o panel pode alimentarse directamente con corrente alterna doméstica sen necesidade de circuítos de backend complexos. Coa alimentación de 220 V/50 Hz, a eficiencia enerxética do panel vermello plug and play é de 15,70 lm W-1 e o brillo axustable pode alcanzar ata 25834 cd m-2.
Os díodos emisores de luz (LED) convertéronse na tecnoloxía de iluminación dominante debido á súa alta eficiencia, longa vida útil, estado sólido e vantaxes de seguridade ambiental, satisfazendo a demanda global de eficiencia enerxética e sustentabilidade ambiental. Como díodo pn semicondutor, o LED só pode funcionar baixo a impulsión dunha fonte de corrente continua (CC) de baixa tensión. Debido á inxección de carga unidireccional e continua, as cargas e o quecemento por efecto Joule acumúlanse dentro do dispositivo, o que reduce a estabilidade operativa do LED. Ademais, a subministración de enerxía global baséase principalmente na corrente alterna de alta tensión, e moitos electrodomésticos como as luces LED non poden usar directamente corrente alterna de alta tensión. Polo tanto, cando o LED funciona con electricidade doméstica, requírese un conversor CA-CC adicional como intermediario para converter a enerxía CA de alta tensión en enerxía CC de baixa tensión. Un conversor CA-CC típico inclúe un transformador para reducir a tensión da rede e un circuíto rectificador para rectificar a entrada CA (véxase a Figura 1a). Aínda que a eficiencia de conversión da maioría dos conversores CA-CC pode superar o 90 %, aínda hai perda de enerxía durante o proceso de conversión. Ademais, para axustar o brillo do LED, débese usar un circuíto de accionamento dedicado para regular a fonte de alimentación CC e proporcionar a corrente ideal para o LED (véxase a Figura suplementaria 1b).
A fiabilidade do circuíto controlador afectará á durabilidade das luces LED. Polo tanto, a introdución de convertidores CA-CC e controladores CC non só supón custos adicionais (que representan arredor do 17 % do custo total das lámpadas LED), senón que tamén aumenta o consumo de enerxía e reduce a durabilidade das lámpadas LED. Polo tanto, é moi desexable desenvolver dispositivos LED ou electroluminescentes (EL) que poidan ser alimentados directamente por tensións domésticas de 110 V/220 V a 50 Hz/60 Hz sen necesidade de dispositivos electrónicos de backend complexos.
Nas últimas décadas, demostráronse varios dispositivos electroluminescentes accionados por CA (AC-EL). Un balastro electrónico de CA típico consiste nunha capa emisora de po fluorescente intercalada entre dúas capas illantes (Figura 2a). O uso dunha capa de illamento impide a inxección de portadores de carga externos, polo que non hai corrente continua que flúa a través do dispositivo. O dispositivo ten a función dun condensador e, baixo a impulsión dun campo eléctrico de CA elevado, os electróns xerados internamente poden facer túnel desde o punto de captura ata a capa de emisión. Despois de obter suficiente enerxía cinética, os electróns chocan co centro luminescente, producindo excitóns e emitindo luz. Debido á incapacidade de inxectar electróns desde o exterior dos eléctrodos, o brillo e a eficiencia destes dispositivos son significativamente menores, o que limita as súas aplicacións nos campos da iluminación e as pantallas.
Para mellorar o seu rendemento, deseñouse balastro electrónico de CA cunha única capa de illamento (véxase a Figura suplementaria 2b). Nesta estrutura, durante o semiciclo positivo da alimentación de CA, inxéctase un portador de carga directamente na capa de emisión desde o eléctrodo externo; pódese observar unha emisión de luz eficiente mediante a recombinación con outro tipo de portador de carga xerado internamente. Non obstante, durante o semiciclo negativo da alimentación de CA, os portadores de carga inxectados liberaranse do dispositivo e, polo tanto, non emitirán luz. Debido a que a emisión de luz só se produce durante o semiciclo de alimentación, a eficiencia deste dispositivo de CA é menor que a dos dispositivos de CC. Ademais, debido ás características de capacitancia dos dispositivos, o rendemento de electroluminescencia de ambos os dispositivos de CA depende da frecuencia e o rendemento óptimo adoita conseguirse a altas frecuencias de varios quilohercios, o que dificulta a súa compatibilidade coa alimentación de CA estándar doméstica a baixas frecuencias (50 hercios/60 hercios).
Recentemente, alguén propuxo un dispositivo electrónico de CA que pode funcionar a frecuencias de 50 Hz/60 Hz. Este dispositivo consta de dous dispositivos de CC paralelos (véxase a Figura 2c). Ao curtocircuitar electricamente os eléctrodos superiores dos dous dispositivos e conectar os eléctrodos coplanares inferiores a unha fonte de alimentación de CA, os dous dispositivos pódense acender alternativamente. Desde a perspectiva dun circuíto, este dispositivo CA-CC obtense conectando un dispositivo directo e un dispositivo inverso en serie. Cando o dispositivo directo se acende, o dispositivo inverso apágase, actuando como unha resistencia. Debido á presenza de resistencia, a eficiencia da electroluminescencia é relativamente baixa. Ademais, os dispositivos emisores de luz de CA só poden funcionar a baixa tensión e non se poden combinar directamente con electricidade doméstica estándar de 110 V/220 V. Como se mostra na Figura Suplementaria 3 e na Táboa Suplementaria 1, o rendemento (brillo e eficiencia enerxética) dos dispositivos de alimentación CA-CC informados alimentados por alta tensión de CA é inferior ao dos dispositivos de CC. Ata o de agora, non existe ningún dispositivo de alimentación CA-CC que poida ser alimentado directamente por electricidade doméstica a 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, e que teña alta eficiencia e longa vida útil.
Chen Shuming e o seu equipo da Southern University of Science and Technology desenvolveron un díodo emisor de luz de puntos cuánticos conectado en serie usando óxido de zinc-indio condutor transparente como eléctrodo intermedio. O díodo pode funcionar en ciclos de corrente alterna positiva e negativa, con eficiencias cuánticas externas do 20,09 % e o 21,15 %, respectivamente. Ademais, ao conectar varios dispositivos conectados en serie, o panel pode ser alimentado directamente pola electricidade de CA doméstica sen necesidade de circuítos de backend complexos. Coa alimentación de 220 V/50 Hz, a eficiencia enerxética do panel vermello plug and play é de 15,70 lm W-1, e o brillo axustable pode alcanzar ata 25834 cd m-2. O panel LED de puntos cuánticos plug and play desenvolvido pode producir fontes de luz de estado sólido económicas, compactas, eficientes e estables que poden ser alimentadas directamente pola electricidade de CA doméstica.
Tomado de Lightingchina.com
Data de publicación: 14 de xaneiro de 2025