הקדמה: Chen Shuming ואחרים מהאוניברסיטה הדרומית למדע וטכנולוגיה פיתחו דיודה פולטת אור קוונטית מחוברת בסדרה על ידי שימוש בתחמוצת אינדיום אבץ מוליך שקוף כאלקטרודת הביניים. הדיודה יכולה לפעול תחת מחזורי זרם חילופין חיוביים ושליליים, עם יעילות קוונטית חיצונית של 20.09% ו-21.15%, בהתאמה. בנוסף, על ידי חיבור התקנים מחוברים לסדרות מרובות, ניתן להניע את הפאנל ישירות על ידי מתח AC ביתי ללא צורך במעגלים עורפיים מורכבים. תחת כונן של 220 וולט/50 הרץ, יעילות ההספק של פאנל ה-Plug and Play האדום היא 15.70 lm W-1, והבהירות המתכווננת יכולה להגיע עד 25834 cd m-2.
דיודות פולטות אור (LED) הפכו לטכנולוגיית התאורה המרכזית בשל היעילות הגבוהה, תוחלת החיים הארוכה, יתרונות הבטיחות של המצב המוצק והסביבה, העונות על הדרישה העולמית ליעילות אנרגטית וקיימות סביבתית. כדיודת pn מוליכים למחצה, LED יכולה לפעול רק תחת הכונן של מקור זרם ישר במתח נמוך (DC). עקב הזרקת מטען חד כיוונית ורציפה, מצטברים מטענים וחימום ג'ול בתוך המכשיר, ובכך מפחיתים את היציבות התפעולית של ה-LED. בנוסף, אספקת החשמל העולמית מבוססת בעיקר על זרם חילופין במתח גבוה, ומכשירי חשמל ביתיים רבים כמו נורות LED אינם יכולים להשתמש ישירות בזרם חילופין במתח גבוה. לכן, כאשר LED מונע על ידי חשמל ביתי, נדרש ממיר AC-DC נוסף כמתווך להמרת מתח AC במתח גבוה להספק DC במתח נמוך. ממיר AC-DC טיפוסי כולל שנאי להפחתת מתח הרשת ומעגל מיישר לתיקון כניסת AC (ראה איור 1a). למרות שיעילות ההמרה של רוב 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 הנעה ייעודי כדי לווסת את ספק הכוח DC ולספק את הזרם האידיאלי עבור LED (ראה איור משלים 1b).
האמינות של מעגל הנהג תשפיע על העמידות של נורות LED. לכן, הצגת ממירי AC-DC ודרייברים DC לא רק כרוכה בעלויות נוספות (מהווה כ-17% מסך עלות מנורת ה-LED), אלא גם מגדילה את צריכת החשמל ומפחיתה את העמידות של מנורות LED. לכן, פיתוח התקני LED או electroluminescent (EL) שניתן להניע ישירות על ידי מתחים ביתיים של 110V/220V של 50Hz/60Hz ללא צורך במכשירים אלקטרוניים עורפיים מורכבים.
בעשורים האחרונים, הודגמו כמה התקני אלקטרו-לומינסנט מונעי AC (AC-EL). נטל אלקטרוני AC טיפוסי מורכב משכבה פולטת אבקה פלואורסצנטית הממוקמת בין שתי שכבות בידוד (איור 2א). השימוש בשכבת בידוד מונע הזרקת נושאי מטען חיצוניים, ולכן אין זרם ישר זורם דרך המכשיר. למכשיר יש פונקציה של קבל, ותחת הנעה של שדה חשמלי גבוה AC, האלקטרונים הנוצרים בפנים יכולים לעבור מנקודת הלכידה לשכבת הפליטה. לאחר השגת אנרגיה קינטית מספקת, אלקטרונים מתנגשים במרכז הזוהר, מייצרים אקסיטונים ופולטים אור. בשל חוסר היכולת להחדיר אלקטרונים מחוץ לאלקטרודות, הבהירות והיעילות של מכשירים אלו נמוכים משמעותית, מה שמגביל את היישום שלהם בתחומי התאורה והתצוגה.
על מנת לשפר את הביצועים שלו, אנשים תכננו בלסטים אלקטרוניים AC עם שכבת בידוד אחת (ראה איור משלים 2b). במבנה זה, במהלך חצי המחזור החיובי של כונן AC, נשא מטען מוזרק ישירות לשכבת הפליטה מהאלקטרודה החיצונית; ניתן לראות פליטת אור יעילה על ידי שילוב מחדש עם סוג אחר של נושא מטען שנוצר באופן פנימי. עם זאת, במהלך חצי המחזור השלילי של כונן AC, נושאי המטען המוזרקים ישתחררו מהמכשיר ולכן לא יפלטו אור. בשל העובדה שפליטת אור מתרחשת רק במהלך חצי מחזור הנהיגה, היעילות של התקן AC זה נמוך מזה של התקני DC. בנוסף, בשל מאפייני הקיבול של המכשירים, ביצועי האלקטרו-זוהר של שני מכשירי ה-AC תלויים בתדר, וביצועים אופטימליים מושגים בדרך כלל בתדרים גבוהים של כמה קילו-הרץ, מה שמקשה עליהם להיות תואמים להספק AC ביתי סטנדרטי בנמוך תדרים (50 הרץ/60 הרץ).
לאחרונה, מישהו הציע מכשיר אלקטרוני AC שיכול לפעול בתדרים של 50 הרץ/60 הרץ. התקן זה מורכב משני התקני DC מקבילים (ראה איור 2c). על ידי קצר חשמלי של האלקטרודות העליונות של שני המכשירים וחיבור האלקטרודות הקו-מפלסיות התחתונות למקור מתח AC, ניתן להפעיל את שני המכשירים לסירוגין. מנקודת מבט של מעגל, התקן AC-DC זה מתקבל על ידי חיבור התקן קדימה והתקן הפוך בסדרה. כאשר ההתקן קדימה מופעל, ההתקן לאחור כבוי, ופועל כנגד. בשל נוכחות ההתנגדות, יעילות האלקטרולומינסנציה נמוכה יחסית. בנוסף, מכשירים פולטי אור AC יכולים לפעול רק במתח נמוך ולא ניתן לשלב ישירות עם חשמל ביתי סטנדרטי של 110V/220V. כפי שמוצג באיור משלים 3 ובטבלה משלימה 1, הביצועים (בהירות ויעילות הספק) של התקני מתח AC-DC המדווחים המונעים על ידי מתח AC גבוה נמוכים מאלו של התקני DC. עד כה, אין התקן מתח AC-DC שניתן להניע ישירות על ידי חשמל ביתי ב-110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, ובעל יעילות גבוהה ותוחלת חיים ארוכה.
צ'ן שמינג וצוותו מהאוניברסיטה הדרומית למדע וטכנולוגיה פיתחו דיודה פולטת אור נקודות קוונטית מחוברת בסדרה באמצעות תחמוצת אינדיום אבץ מוליכה שקופה כאלקטרודת הביניים. הדיודה יכולה לפעול תחת מחזורי זרם חילופין חיוביים ושליליים, עם יעילות קוונטית חיצונית של 20.09% ו-21.15%, בהתאמה. בנוסף, על ידי חיבור התקנים מחוברים לסדרות מרובות, ניתן להפעיל את הפאנל ישירות על ידי מתח AC ביתי ללא צורך במעגלים עורפיים מורכבים. תחת כונן של 220 V/50 הרץ, יעילות ההספק של פאנל ה-Plug and Play האדום היא 15.70 lm W-1, והבהירות המתכווננת יכולה להגיע עד 25834 cd m-2. לוח ה-Plug and Play Quantum Dot LED שפותח יכול לייצר מקורות אור חסכוניים, קומפקטיים, יעילים ויציבים, שניתן להפעיל ישירות על ידי חשמל AC ביתי.
נלקח מתוך Lightingchina.com
זמן פרסום: 14 בינואר 2025