Inleiding: Chen Shuming en anderen van de Southern University of Science and Technology hebben een in serie geschakelde quantumdot-lichtgevende diode ontwikkeld met behulp van transparant geleidend indiumzinkoxide als tussenelektrode. De diode kan werken met positieve en negatieve wisselstroomcycli, met een externe kwantumrendement van respectievelijk 20,09% en 21,15%. Door meerdere in serie geschakelde apparaten aan te sluiten, kan het paneel bovendien rechtstreeks worden aangestuurd door netstroom, zonder dat er complexe backend-circuits nodig zijn. Bij een voeding van 220 V/50 Hz bedraagt de energie-efficiëntie van het rode plug-and-play-paneel 15,70 lm W-1 en kan de instelbare helderheid oplopen tot 25834 cd m-2.
Lichtgevende diodes (LED's) zijn de belangrijkste verlichtingstechnologie geworden vanwege hun hoge efficiëntie, lange levensduur, solid-state-technologie en milieuvriendelijke voordelen. Ze voldoen aan de wereldwijde vraag naar energie-efficiëntie en duurzaamheid. Als halfgeleider-pn-diode kan een LED alleen werken onder invloed van een laagspanningsgelijkstroombron (DC). Door unidirectionele en continue ladingsinjectie hopen ladingen en joule-opwarming zich op in het apparaat, waardoor de operationele stabiliteit van de LED afneemt. Bovendien is de wereldwijde stroomvoorziening voornamelijk gebaseerd op hoogspanningswisselstroom, en veel huishoudelijke apparaten zoals LED-lampen kunnen hoogspanningswisselstroom niet rechtstreeks gebruiken. Daarom is, wanneer een LED wordt aangestuurd door huishoudelijke elektriciteit, een extra AC-DC-omvormer nodig als tussenschakel om hoogspanningswisselstroom om te zetten in laagspanningsgelijkstroom. Een typische AC-DC-omvormer bevat een transformator om de netspanning te verlagen en een gelijkrichtercircuit om de wisselstroom gelijk te richten (zie afbeelding 1a). Hoewel het conversie-rendement van de meeste AC-DC-omvormers meer dan 90% kan bereiken, treedt er nog steeds energieverlies op tijdens het conversieproces. Om de helderheid van de LED aan te passen, moet bovendien een speciaal stuurcircuit worden gebruikt om de DC-voeding te regelen en de ideale stroom voor de LED te leveren (zie aanvullende afbeelding 1b).
De betrouwbaarheid van het drivercircuit is van invloed op de duurzaamheid van ledlampen. Daarom brengt de introductie van AC-DC-converters en DC-drivers niet alleen extra kosten met zich mee (ongeveer 17% van de totale kosten van ledlampen), maar verhoogt het ook het stroomverbruik en vermindert het de duurzaamheid van ledlampen. Daarom is het zeer wenselijk om led- of elektroluminescentie (EL)-apparaten te ontwikkelen die direct kunnen worden aangestuurd door huishoudelijke 110 V/220 V-spanningen van 50 Hz/60 Hz zonder dat er complexe elektronische componenten nodig zijn.
In de afgelopen decennia zijn verschillende AC-aangedreven elektroluminescentie (AC-EL) apparaten gedemonstreerd. Een typische AC-elektronische ballast bestaat uit een laag die fluorescerend poeder emitteert, ingeklemd tussen twee isolatielagen (Figuur 2a). Het gebruik van een isolatielaag voorkomt de injectie van externe ladingsdragers, waardoor er geen gelijkstroom door het apparaat loopt. Het apparaat fungeert als een condensator en onder invloed van een sterk AC-veld kunnen de intern gegenereerde elektronen zich van het vangpunt naar de emissielaag tunnelen. Nadat voldoende kinetische energie is verkregen, botsen de elektronen met het luminescentiecentrum, waardoor excitonen ontstaan en licht wordt uitgezonden. Omdat elektronen niet van buiten de elektroden kunnen worden geïnjecteerd, zijn de helderheid en efficiëntie van deze apparaten aanzienlijk lager, wat hun toepassingen in verlichting en displays beperkt.
Om de prestaties te verbeteren, hebben mensen elektronische AC-voorschakelapparaten ontworpen met een enkele isolatielaag (zie aanvullende afbeelding 2b). In deze structuur wordt tijdens de positieve halve cyclus van de AC-aandrijving een ladingdrager rechtstreeks vanuit de externe elektrode in de emissielaag geïnjecteerd; efficiënte lichtemissie kan worden waargenomen door recombinatie met een ander type intern gegenereerde ladingdrager. Tijdens de negatieve halve cyclus van de AC-aandrijving zullen de geïnjecteerde ladingdragers echter uit het apparaat vrijkomen en daarom geen licht uitzenden. Omdat lichtemissie alleen plaatsvindt tijdens de halve cyclus van de aandrijving, is de efficiëntie van dit AC-apparaat lager dan die van DC-apparaten. Bovendien zijn de elektroluminescentieprestaties van beide AC-apparaten frequentieafhankelijk vanwege de capaciteitskarakteristieken van de apparaten, en worden optimale prestaties meestal bereikt bij hoge frequenties van enkele kilohertz, waardoor ze moeilijk compatibel zijn met standaard huishoudelijke AC-stroom bij lage frequenties (50 hertz/60 hertz).
Onlangs stelde iemand een elektronisch wisselstroomapparaat voor dat kan werken op frequenties van 50 Hz/60 Hz. Dit apparaat bestaat uit twee parallelle gelijkstroomapparaten (zie afbeelding 2c). Door de bovenste elektroden van de twee apparaten elektrisch kort te sluiten en de onderste coplanaire elektroden aan te sluiten op een wisselstroombron, kunnen de twee apparaten afwisselend worden ingeschakeld. Vanuit een circuitperspectief wordt dit wisselstroom-gelijkstroomapparaat verkregen door een voorwaarts en een achterwaarts apparaat in serie te schakelen. Wanneer het voorwaartse apparaat wordt ingeschakeld, wordt het achterwaartse apparaat uitgeschakeld en fungeert het als een weerstand. Door de aanwezigheid van weerstand is de elektroluminescentie-efficiëntie relatief laag. Bovendien kunnen wisselstroom-lichtgevende apparaten alleen op lage spanning werken en kunnen ze niet rechtstreeks worden gecombineerd met 110 V/220 V standaard huishoudelijke elektriciteit. Zoals weergegeven in aanvullende afbeelding 3 en aanvullende tabel 1, zijn de prestaties (helderheid en energie-efficiëntie) van gerapporteerde wisselstroom-gelijkstroomapparaten die worden aangestuurd door hoge wisselspanning lager dan die van gelijkstroomapparaten. Tot nu toe bestaat er geen AC-DC-apparaat dat rechtstreeks kan worden aangestuurd door huishoudelijke elektriciteit van 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, en dat tegelijkertijd een hoge efficiëntie en een lange levensduur heeft.
Chen Shuming en zijn team van de Southern University of Science and Technology hebben een in serie geschakelde quantum dot-led ontwikkeld met transparant geleidend indiumzinkoxide als tussenliggende elektrode. De diode kan werken onder positieve en negatieve wisselstroomcycli, met externe quantumrendementen van respectievelijk 20,09% en 21,15%. Bovendien kan het paneel, door meerdere in serie geschakelde apparaten aan te sluiten, rechtstreeks worden aangestuurd door netstroom in huis, zonder dat er complexe backend-circuits nodig zijn. Bij een voeding van 220 V/50 Hz bedraagt de energie-efficiëntie van het rode plug-and-playpaneel 15,70 lm W-1 en kan de instelbare helderheid oplopen tot 25834 cd m-2. Het ontwikkelde plug-and-play quantum dot-ledpaneel kan zuinige, compacte, efficiënte en stabiele solid-state lichtbronnen produceren die rechtstreeks kunnen worden aangestuurd door netstroom in huis.
Overgenomen van Lightingchina.com
Plaatsingstijd: 14-01-2025