Introduzione: Chen Shuming e altri della Southern University of Science and Technology hanno sviluppato un diodo emettitore di luce a punti quantici collegato in serie utilizzando ossido di zinco indio conduttivo trasparente come elettrodo intermedio. Il diodo può funzionare con cicli di corrente alternata positiva e negativa, con efficienze quantistiche esterne rispettivamente del 20,09% e del 21,15%. Inoltre, collegando più dispositivi collegati in serie, il pannello può essere azionato direttamente dall'alimentazione CA domestica senza la necessità di complessi circuiti backend. Con l'azionamento di 220 V/50 Hz, l'efficienza energetica del pannello plug and play rosso è di 15,70 lm W-1 e la luminosità regolabile può raggiungere fino a 25834 cd m-2.
I diodi emettitori di luce (LED) sono diventati la tecnologia di illuminazione tradizionale grazie alla loro elevata efficienza, lunga durata, stato solido e vantaggi in termini di sicurezza ambientale, soddisfacendo la domanda globale di efficienza energetica e sostenibilità ambientale. Essendo un diodo pn a semiconduttore, il LED può funzionare solo sotto l'azionamento di una sorgente di corrente continua (CC) a bassa tensione. A causa dell'iniezione di carica unidirezionale e continua, le cariche e il riscaldamento Joule si accumulano all'interno del dispositivo, riducendo così la stabilità operativa del LED. Inoltre, l'alimentazione elettrica globale si basa principalmente sulla corrente alternata ad alta tensione e molti elettrodomestici, come le luci a LED, non possono utilizzare direttamente la corrente alternata ad alta tensione. Pertanto, quando il LED è alimentato dall'elettricità domestica, è necessario un ulteriore convertitore CA-CC come intermediario per convertire l'energia CA ad alta tensione in energia CC a bassa tensione. Un tipico convertitore CA-CC comprende un trasformatore per ridurre la tensione di rete e un circuito raddrizzatore per rettificare l'ingresso CA (vedere Figura 1a). Sebbene l’efficienza di conversione della maggior parte dei convertitori AC-DC possa raggiungere oltre il 90%, si verifica comunque una perdita di energia durante il processo di conversione. Inoltre, per regolare la luminosità del LED, è necessario utilizzare un circuito di pilotaggio dedicato per regolare l'alimentazione CC e fornire la corrente ideale per il LED (vedere Figura 1b supplementare).
L'affidabilità del circuito di pilotaggio influirà sulla durata delle luci a LED. Pertanto, l’introduzione di convertitori AC-DC e driver DC non solo comporta costi aggiuntivi (che rappresentano circa il 17% del costo totale delle lampade LED), ma aumenta anche il consumo energetico e riduce la durata delle lampade LED. Pertanto, è altamente auspicabile lo sviluppo di dispositivi LED o elettroluminescenti (EL) che possano essere pilotati direttamente dalle tensioni domestiche di 110 V/220 V di 50 Hz/60 Hz senza la necessità di complessi dispositivi elettronici di backend.
Negli ultimi decenni sono stati dimostrati diversi dispositivi elettroluminescenti alimentati in corrente alternata (AC-EL). Un tipico reattore elettronico CA è costituito da uno strato che emette polvere fluorescente inserito tra due strati isolanti (Figura 2a). L'uso dello strato isolante impedisce l'iniezione di portatori di carica esterni, quindi non vi è corrente continua che scorre attraverso il dispositivo. Il dispositivo ha la funzione di un condensatore e, sotto la spinta di un elevato campo elettrico CA, gli elettroni generati internamente possono creare un tunnel dal punto di cattura allo strato di emissione. Dopo aver ottenuto sufficiente energia cinetica, gli elettroni si scontrano con il centro luminescente, producendo eccitoni ed emettendo luce. A causa dell'impossibilità di iniettare elettroni dall'esterno degli elettrodi, la luminosità e l'efficienza di questi dispositivi sono notevolmente inferiori, il che ne limita le applicazioni nei campi dell'illuminazione e dei display.
Al fine di migliorarne le prestazioni, le persone hanno progettato reattori elettronici CA con un singolo strato isolante (vedere Figura 2b supplementare). In questa struttura, durante il semiciclo positivo dell'AC drive, un portatore di carica viene iniettato direttamente nello strato di emissione dall'elettrodo esterno; Un'emissione di luce efficiente può essere osservata mediante ricombinazione con un altro tipo di portatore di carica generato internamente. Tuttavia, durante il semiciclo negativo della guida CA, i portatori di carica iniettati verranno rilasciati dal dispositivo e pertanto non emetteranno luce. Poiché l'emissione di luce avviene solo durante il mezzo ciclo di guida, l'efficienza di questo dispositivo CA è inferiore a quello dei dispositivi DC. Inoltre, a causa delle caratteristiche di capacità dei dispositivi, le prestazioni di elettroluminescenza di entrambi i dispositivi CA dipendono dalla frequenza e le prestazioni ottimali vengono solitamente raggiunte ad alte frequenze di diversi kilohertz, il che rende difficile la loro compatibilità con l'alimentazione CA domestica standard a basse frequenze. frequenze (50 hertz/60 hertz).
Recentemente qualcuno ha proposto un dispositivo elettronico a corrente alternata in grado di funzionare a frequenze di 50 Hz/60 Hz. Questo dispositivo è costituito da due dispositivi CC paralleli (vedere Figura 2c). Cortocircuitando elettricamente gli elettrodi superiori dei due dispositivi e collegando gli elettrodi complanari inferiori a una fonte di alimentazione CA, i due dispositivi possono essere accesi alternativamente. Dal punto di vista circuitale questo dispositivo AC-DC è ottenuto collegando in serie un dispositivo forward ed un dispositivo reverse. Quando il dispositivo di andata è acceso, il dispositivo di retromarcia è spento, agendo come un resistore. A causa della presenza di resistenza, l'efficienza dell'elettroluminescenza è relativamente bassa. Inoltre gli apparecchi luminosi AC possono funzionare solo a bassa tensione e non possono essere collegati direttamente alla corrente domestica standard da 110 V/220 V. Come mostrato nella Figura 3 supplementare e nella Tabella supplementare 1, le prestazioni (luminosità ed efficienza energetica) dei dispositivi di alimentazione CA-CC segnalati azionati da alta tensione CA sono inferiori a quelle dei dispositivi CC. Finora non esiste alcun dispositivo di alimentazione AC-DC che possa essere alimentato direttamente dall’elettricità domestica a 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz e che abbia un’elevata efficienza e una lunga durata.
Chen Shuming e il suo team della Southern University of Science and Technology hanno sviluppato un diodo emettitore di luce a punti quantici collegato in serie utilizzando ossido di zinco indio conduttivo trasparente come elettrodo intermedio. Il diodo può funzionare con cicli di corrente alternata positiva e negativa, con efficienze quantistiche esterne rispettivamente del 20,09% e del 21,15%. Inoltre, collegando più dispositivi collegati in serie, il pannello può essere azionato direttamente dall'alimentazione CA domestica senza la necessità di complessi circuiti backend. Con l'azionamento di 220 V/50 Hz, l'efficienza energetica del pannello rosso plug and play è 15,70 lm W-1 e la luminosità regolabile può raggiungere fino a 25834 cd m-2. Il pannello LED a punti quantici plug and play sviluppato può produrre sorgenti luminose a stato solido economiche, compatte, efficienti e stabili che possono essere alimentate direttamente dall'elettricità CA domestica.
Tratto da Lightingchina.com
Orario di pubblicazione: 14 gennaio 2025