Einleitung: Chen Shuming und andere von der Southern University of Science and Technology haben eine in Reihe geschaltete Quantenpunkt-Leuchtdiode entwickelt, bei der sie transparentes leitfähiges Indiumzinkoxid als Zwischenelektrode verwenden. Die Diode kann bei positiven und negativen Wechselstromzyklen mit externen Quanteneffizienzen von 20,09 % bzw. 21,15 % betrieben werden. Darüber hinaus kann das Panel durch die Verbindung mehrerer in Reihe geschalteter Geräte direkt mit Haushaltswechselstrom betrieben werden, ohne dass komplexe Backend-Schaltkreise erforderlich sind. Unter dem Antrieb von 220 V/50 Hz beträgt die Leistungseffizienz des roten Plug-and-Play-Panels 15,70 lm W-1, und die einstellbare Helligkeit kann bis zu 25834 cd m-2 erreichen.
Leuchtdioden (LEDs) haben sich aufgrund ihrer hohen Effizienz, langen Lebensdauer, Festkörper- und Umweltsicherheitsvorteile zur gängigen Beleuchtungstechnologie entwickelt und erfüllen die weltweite Nachfrage nach Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit. Als Halbleiter-PN-Diode kann die LED nur mit der Ansteuerung einer Niederspannungs-Gleichstromquelle (DC) betrieben werden. Aufgrund der unidirektionalen und kontinuierlichen Ladungsinjektion sammeln sich Ladungen und Joule-Erwärmung im Gerät an, wodurch die Betriebsstabilität der LED verringert wird. Darüber hinaus basiert die weltweite Stromversorgung hauptsächlich auf Hochspannungswechselstrom, und viele Haushaltsgeräte wie LED-Leuchten können Hochspannungswechselstrom nicht direkt nutzen. Wenn LEDs daher mit Haushaltsstrom betrieben werden, ist ein zusätzlicher AC-DC-Wandler als Vermittler erforderlich, um Hochspannungs-Wechselstrom in Niederspannungs-Gleichstrom umzuwandeln. Ein typischer AC-DC-Wandler umfasst einen Transformator zur Reduzierung der Netzspannung und eine Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung des AC-Eingangs (siehe Abbildung 1a). Obwohl der Umwandlungswirkungsgrad der meisten AC-DC-Wandler über 90 % erreichen kann, kommt es dennoch zu Energieverlusten während des Umwandlungsprozesses. Um die Helligkeit der LED anzupassen, sollte außerdem eine spezielle Treiberschaltung verwendet werden, um die Gleichstromversorgung zu regulieren und den idealen Strom für die LED bereitzustellen (siehe ergänzende Abbildung 1b).
Die Zuverlässigkeit der Treiberschaltung wirkt sich auf die Haltbarkeit von LED-Leuchten aus. Daher verursacht die Einführung von AC-DC-Wandlern und DC-Treibern nicht nur zusätzliche Kosten (die etwa 17 % der Gesamtkosten für LED-Lampen ausmachen), sondern erhöht auch den Stromverbrauch und verringert die Haltbarkeit von LED-Lampen. Daher ist die Entwicklung von LED- oder Elektrolumineszenzgeräten (EL-Geräten), die direkt mit 110 V/220 V-Haushaltsspannungen von 50 Hz/60 Hz betrieben werden können, ohne dass komplexe elektronische Backendgeräte erforderlich sind, äußerst wünschenswert.
In den letzten Jahrzehnten wurden mehrere wechselstrombetriebene Elektrolumineszenzgeräte (AC-EL) vorgestellt. Ein typisches elektronisches Wechselstrom-Vorschaltgerät besteht aus einer fluoreszierenden Pulver emittierenden Schicht, die zwischen zwei Isolierschichten eingebettet ist (Abbildung 2a). Die Verwendung einer Isolationsschicht verhindert die Injektion externer Ladungsträger, sodass kein Gleichstrom durch das Gerät fließt. Das Gerät hat die Funktion eines Kondensators und unter der Ansteuerung eines starken elektrischen Wechselstromfelds können die intern erzeugten Elektronen vom Einfangpunkt zur Emissionsschicht tunneln. Nachdem sie ausreichend kinetische Energie erhalten haben, kollidieren Elektronen mit dem Lumineszenzzentrum, erzeugen Exzitonen und emittieren Licht. Da es nicht möglich ist, Elektronen von außerhalb der Elektroden zu injizieren, sind Helligkeit und Effizienz dieser Geräte deutlich geringer, was ihre Anwendungen in den Bereichen Beleuchtung und Anzeige einschränkt.
Um die Leistung zu verbessern, wurden elektronische Wechselstrom-Vorschaltgeräte mit einer einzigen Isolationsschicht entwickelt (siehe ergänzende Abbildung 2b). Bei dieser Struktur wird während der positiven Halbwelle des Wechselstromantriebs ein Ladungsträger direkt von der Außenelektrode in die Emissionsschicht injiziert; Eine effiziente Lichtemission kann durch Rekombination mit einer anderen Art von intern erzeugten Ladungsträgern beobachtet werden. Während der negativen Halbwelle des Wechselstromantriebs werden die injizierten Ladungsträger jedoch aus dem Gerät freigesetzt und emittieren daher kein Licht. Aufgrund der Tatsache, dass die Lichtemission nur während des Halbzyklus des Wechselstromantriebs erfolgt, ist die Effizienz dieses Wechselstromgeräts beeinträchtigt ist geringer als bei Gleichstromgeräten. Darüber hinaus ist die Elektrolumineszenzleistung beider Wechselstromgeräte aufgrund der Kapazitätseigenschaften der Geräte frequenzabhängig, und die optimale Leistung wird normalerweise bei hohen Frequenzen von mehreren Kilohertz erreicht, was es schwierig macht, sie mit normalem Haushalts-Wechselstrom bei niedrigen Frequenzen kompatibel zu machen Frequenzen (50 Hertz/60 Hertz).
Kürzlich hat jemand ein elektronisches Wechselstromgerät vorgeschlagen, das mit Frequenzen von 50 Hz/60 Hz betrieben werden kann. Dieses Gerät besteht aus zwei parallelen Gleichstromgeräten (siehe Abbildung 2c). Durch elektrisches Kurzschließen der oberen Elektroden der beiden Geräte und Anschließen der unteren koplanaren Elektroden an eine Wechselstromquelle können die beiden Geräte abwechselnd eingeschaltet werden. Aus schaltungstechnischer Sicht wird dieses AC-DC-Gerät durch Reihenschaltung eines Vorwärtsgeräts und eines Rückwärtsgeräts erhalten. Wenn das Vorwärtsgerät eingeschaltet wird, wird das Rückwärtsgerät ausgeschaltet und fungiert als Widerstand. Aufgrund des vorhandenen Widerstands ist die Elektrolumineszenzeffizienz relativ gering. Darüber hinaus können Wechselstrom-Leuchtgeräte nur mit Niederspannung betrieben werden und können nicht direkt mit 110 V/220 V Standard-Haushaltsstrom kombiniert werden. Wie in der ergänzenden Abbildung 3 und der ergänzenden Tabelle 1 gezeigt, ist die Leistung (Helligkeit und Energieeffizienz) der gemeldeten AC-DC-Leistungsgeräte, die mit hoher Wechselspannung betrieben werden, geringer als die von DC-Geräten. Bisher gibt es kein AC-DC-Stromversorgungsgerät, das direkt mit Haushaltsstrom bei 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz betrieben werden kann und einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer aufweist.
Chen Shuming und sein Team von der Southern University of Science and Technology haben eine in Reihe geschaltete Quantenpunkt-Leuchtdiode entwickelt, die transparentes leitfähiges Indiumzinkoxid als Zwischenelektrode verwendet. Die Diode kann bei positiven und negativen Wechselstromzyklen mit externen Quanteneffizienzen von 20,09 % bzw. 21,15 % betrieben werden. Darüber hinaus kann das Panel durch den Anschluss mehrerer in Reihe geschalteter Geräte direkt mit Haushaltswechselstrom betrieben werden, ohne dass komplexe Backend-Schaltkreise erforderlich sind. Bei der Ansteuerung von 220 V/50 Hz beträgt der Wirkungsgrad des roten Plug-and-Play-Panels 15,70 lm W-1, und die einstellbare Helligkeit kann bis zu 25834 cd m-2 erreichen. Das entwickelte Plug-and-Play-Quantenpunkt-LED-Panel kann wirtschaftliche, kompakte, effiziente und stabile Festkörperlichtquellen erzeugen, die direkt mit Haushaltswechselstrom betrieben werden können.
Entnommen von Lightingchina.com
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14. Januar 2025