צוות מחקר מאוניברסיטת דרום למדע וטכנולוגיה

מבוא: חן שומינג ואחרים מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה הדרומית פיתחו סדרה דיודה פולטת אור קוונטית מחוברת באמצעות תחמוצת אבץ אינדיום מוליכה שקופה כאלקטרודה ביניים. הדיודה יכולה לפעול תחת מחזורי זרם חיוביים ושליליים לסירוגין, עם יעילות קוונטית חיצונית של 20.09% ו 21.15%, בהתאמה. בנוסף, על ידי חיבור מכשירים מחוברים מרובים סדרות, הפאנל יכול להיות מונע ישירות על ידי כוח AC ביתי ללא צורך במעגלי Backend מורכבים. תחת הכונן של 220 V/50 הרץ, יעילות ההספק של לוח התקע והפגינה האדום היא 15.70 LM W-1, והבהירות המתכווננת יכולה להגיע עד 25834 CD M-2.

דיודות פולטות אור (נוריות LED) הפכו לטכנולוגיית התאורה המיינסטרים בגלל היעילות הגבוהה שלהם, תוחלת החיים הארוכה, יתרונות הבטיחות במדינה המוצקה ובטיחות הסביבה, העומדים בביקוש העולמי ליעילות אנרגטית וקיימות סביבתית. כדיודה PN מוליכים למחצה, LED יכולה לפעול רק תחת הכונן של מקור זרם ישיר במתח נמוך (DC). בשל הזרקת מטען חד כיוונית ורציפה, חימום חימום וחימום ג'ול מצטברים בתוך המכשיר, ובכך מצמצמים את היציבות התפעולית של ה- LED. בנוסף, אספקת החשמל העולמית מבוססת בעיקר על זרם מתחלף במתח גבוה, ומכשירים ביתיים רבים כמו נורות LED אינם יכולים להשתמש ישירות בזרם מתחלף במתח גבוה. לכן, כאשר LED מונע על ידי חשמל ביתי, נדרש ממיר AC-DC נוסף כמתווך להמרת כוח AC במתח גבוה לכוח DC בעל מתח נמוך. ממיר AC-DC טיפוסי כולל שנאי להפחתת מתח החשמל ומעגל מיישר לתיקון כניסת AC (ראה איור 1 א). למרות שיעילות ההמרה של מרבית ממירי AC-DC יכולה להגיע ליותר מ- 90%, עדיין יש אובדן אנרגיה במהלך תהליך ההמרה. בנוסף, כדי להתאים את בהירות ה- LED, יש להשתמש במעגל נהיגה ייעודי לוויסות אספקת החשמל של DC ולספק את הזרם האידיאלי עבור ה- LED (ראה איור משלים 1 ב).
האמינות של מעגל הנהגים תשפיע על עמידות נורות ה- LED. לפיכך, הצגת ממירי AC-DC ונהגי DC לא רק כרוכים בעלויות נוספות (מהווה כ- 17% מעלות מנורת ה- LED הכוללת), אלא גם מגדילה את צריכת החשמל ומפחיתה את העמידות של מנורות LED. לפיכך, פיתוח מכשירי LED או אלקטרולומינצנטיים (EL) שיכולים להיות מונעים ישירות על ידי מתחי משק הבית של 110 V/220 V של 50 הרץ/60 הרץ ללא צורך במכשירים אלקטרוניים מורכבים של Backend הוא רצוי מאוד.

בעשורים האחרונים הוכחו מספר מכשירים אלקטרולומיננטיים (AC-EL). נטל אלקטרוני AC טיפוסי מורכב משכבה פולטת אבקת פלורסנטית, המכוסה בין שתי שכבות בידוד (איור 2 א). השימוש בשכבת בידוד מונע הזרקת נשאי מטען חיצוני, כך שאין זרם ישיר הזורם דרך המכשיר. למכשיר יש את הפונקציה של קבלים, ומתחת לכונן של שדה חשמלי AC גבוה, האלקטרונים שנוצרו באופן פנימי יכולים למנהור מנקודת הלכידה לשכבת הפליטה. לאחר השגת אנרגיה קינטית מספקת, אלקטרונים מתנגשים במרכז הזוהר, מייצרים אקסיטונים ופולטים אור. בשל חוסר היכולת להזריק אלקטרונים מחוץ לאלקטרודות, בהירות ויעילותם של מכשירים אלה נמוכים משמעותית, מה שמגביל את היישומים שלהם בשדות התאורה והתצוגה.

על מנת לשפר את ביצועיה, אנשים עיצבו נטל אלקטרוני AC עם שכבת בידוד יחידה (ראה איור 2 ב). במבנה זה, במהלך מחזור המחצית החיובית של כונן AC, מוזרק ישירות לשכבת הפליטה מהאלקטרודה החיצונית; ניתן לראות פליטת אור יעילה על ידי רקומבינציה עם סוג אחר של נושא מטען שנוצר באופן פנימי. עם זאת, במהלך מחזור המחצית השלילי של כונן AC, נושאי המטען המוזרקים ישוחררו מהמכשיר ולכן לא יפלטו אור. ימי לעובדה שפליטת אור מתרחשת רק במהלך מחזור החצי של הנהיגה, היעילות של מכשיר AC זה נמוכה מזו של מכשירי DC. בנוסף, בשל מאפייני הקיבול של המכשירים, ביצועי האלקטרולומינסקנציה של שני מכשירי AC תלויים בתדר, וביצועים אופטימליים בדרך כלל מושגים בתדרים גבוהים של כמה קילוהרץ, מה שמקשה עליהם להיות תואמים עם כוח AC סטנדרטי בתדרים נמוכים (50 Hertz/60 Hertz).

לאחרונה, מישהו הציע מכשיר אלקטרוני AC שיכול לפעול בתדרים של 50 הרץ/60 הרץ. מכשיר זה מורכב משני מכשירי DC מקבילים (ראה איור 2 ג). על ידי מעגל קצר חשמלי את האלקטרודות העליונות של שני המכשירים וחיבור האלקטרודות הקופלאנריות התחתונות למקור כוח AC, ניתן להפעיל לסירוגין את שני המכשירים. מנקודת מבט של מעגל, מכשיר AC-DC זה מתקבל על ידי חיבור התקן קדימה ומכשיר הפוך בסדרה. כאשר המכשיר קדימה מופעל, המכשיר ההפוך כבוי, ומשמש כנגד. בשל נוכחות ההתנגדות, יעילות האלקטרולומינצנטיות נמוכה יחסית. בנוסף, מכשירים לפליטת אור AC יכולים לפעול רק במתח נמוך ולא ניתן לשלב ישירות עם 110 וולט/220 וולט חשמל סטנדרטי ביתי. כפי שמוצג באיור 3 משלים ובטבלה משלימה 1, הביצועים (בהירות ויעילות כוח) של התקני כוח AC-DC המדווחים המונעים על ידי מתח AC גבוה נמוך מזה של מכשירי DC. עד כה, אין מכשיר כוח AC-DC שיכול להיות מונע ישירות על ידי חשמל ביתי ב -110 V/220 V, 50 הרץ/60 הרץ, ובעל יעילות גבוהה ותוחלת חיים ארוכה.

חן שומינג וצוותו מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה הדרומית פיתחו סדרה מחוברת דיודה פולטת אור קוונטית באמצעות תחמוצת אבץ אינדיום מוליכה שקופה כאלקטרודה ביניים. הדיודה יכולה לפעול תחת מחזורי זרם חיוביים ושליליים לסירוגין, עם יעילות קוונטית חיצונית של 20.09% ו 21.15%, בהתאמה. בנוסף, על ידי חיבור מכשירים מחוברים מרובים סדרות, הפאנל יכול להיות מונע ישירות על ידי כוח AC ביתי ללא צורך במעגלי Backend מורכבים. תחת הכונן של 220 V/50 הרץ, יעילות הכוח של לוח התקע והפגינה האדום היא 15.70 LM W-1, והבהירות המתכווננת יכולה להגיע עד 25834 CD M-2. לוח LED של תקע ומשחק קוונטי מפותח יכול לייצר מקורות אור חסכוניים, קומפקטיים, יעילים ויציבים במצב מוצק שיכולים להיות מופעלים ישירות על ידי חשמל AC ביתי.

נלקח מ- LightingChina.com