Introducción: Chen Shuming y otros, de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, han desarrollado un diodo emisor de luz de punto cuántico conectado en serie utilizando óxido de indio y zinc conductor transparente como electrodo intermedio. El diodo puede operar en ciclos de corriente alterna positivos y negativos, con eficiencias cuánticas externas del 20,09 % y el 21,15 %, respectivamente. Además, al conectar varios dispositivos en serie, el panel puede alimentarse directamente con la corriente alterna doméstica sin necesidad de complejos circuitos de backend. Con una alimentación de 220 V/50 Hz, la eficiencia energética del panel rojo, listo para usar, es de 15,70 lm W⁻¹, y el brillo ajustable puede alcanzar hasta 25834 cd m⁻².
Los diodos emisores de luz (LED) se han convertido en la tecnología de iluminación más popular gracias a su alta eficiencia, larga vida útil, estado sólido y ventajas de seguridad ambiental, satisfaciendo así la demanda global de eficiencia energética y sostenibilidad ambiental. Como diodo pn semiconductor, el LED solo puede funcionar alimentado por una fuente de corriente continua (CC) de bajo voltaje. Debido a la inyección de carga unidireccional y continua, las cargas y el calentamiento Joule se acumulan dentro del dispositivo, lo que reduce la estabilidad operativa del LED. Además, el suministro de energía global se basa principalmente en corriente alterna (CA) de alto voltaje, y muchos electrodomésticos, como las luces LED, no pueden utilizarla directamente. Por lo tanto, cuando el LED se alimenta con la electricidad doméstica, se requiere un convertidor CA-CC adicional como intermediario para convertir la CA de alto voltaje en CC de bajo voltaje. Un convertidor CA-CC típico incluye un transformador para reducir la tensión de la red y un circuito rectificador para rectificar la entrada de CA (véase la Figura 1a). Aunque la eficiencia de conversión de la mayoría de los convertidores CA-CC puede superar el 90 %, se produce pérdida de energía durante el proceso de conversión. Además, para ajustar el brillo del LED, se debe utilizar un circuito de conducción dedicado para regular la fuente de alimentación de CC y proporcionar la corriente ideal para el LED (ver Figura complementaria 1b).
La fiabilidad del circuito controlador afectará la durabilidad de las luces LED. Por lo tanto, la introducción de convertidores CA-CC y controladores de CC no solo supone un coste adicional (que representa aproximadamente el 17 % del coste total de las lámparas LED), sino que también aumenta el consumo de energía y reduce su durabilidad. Por lo tanto, es muy deseable desarrollar dispositivos LED o electroluminiscentes (EL) que puedan alimentarse directamente con voltajes domésticos de 110 V/220 V a 50 Hz/60 Hz sin necesidad de complejos dispositivos electrónicos de fondo.
En las últimas décadas, se han demostrado varios dispositivos electroluminiscentes accionados por CA (AC-EL). Un balasto electrónico de CA típico consiste en una capa emisora de polvo fluorescente intercalada entre dos capas aislantes (Figura 2a). El uso de la capa aislante impide la inyección de portadores de carga externos, por lo que no hay corriente continua fluyendo a través del dispositivo. El dispositivo funciona como un condensador y, bajo la acción de un campo eléctrico de CA intenso, los electrones generados internamente pueden túnelizar desde el punto de captura hasta la capa de emisión. Tras obtener suficiente energía cinética, los electrones colisionan con el centro luminiscente, produciendo excitones y emitiendo luz. Debido a la incapacidad de inyectar electrones desde el exterior de los electrodos, el brillo y la eficiencia de estos dispositivos son significativamente menores, lo que limita sus aplicaciones en los campos de la iluminación y la visualización.
Para mejorar su rendimiento, se han diseñado balastos electrónicos de CA con una sola capa de aislamiento (véase la Figura 2b del Suplemento). En esta estructura, durante el semiciclo positivo del accionamiento de CA, se inyecta directamente un portador de carga en la capa de emisión desde el electrodo externo. Se puede observar una emisión de luz eficiente mediante la recombinación con otro tipo de portador de carga generado internamente. Sin embargo, durante el semiciclo negativo del accionamiento de CA, los portadores de carga inyectados se liberan del dispositivo y, por lo tanto, no emiten luz. Debido a que la emisión de luz solo ocurre durante el semiciclo de accionamiento, la eficiencia de este dispositivo de CA es menor que la de los dispositivos de CC. Además, debido a las características de capacitancia de los dispositivos, el rendimiento de electroluminiscencia de ambos dispositivos de CA depende de la frecuencia, y el rendimiento óptimo suele alcanzarse a altas frecuencias de varios kilohercios, lo que dificulta su compatibilidad con la alimentación de CA doméstica estándar a bajas frecuencias (50/60 hercios).
Recientemente, se propuso un dispositivo electrónico de CA que puede operar a frecuencias de 50 Hz/60 Hz. Este dispositivo consta de dos dispositivos de CC en paralelo (véase la Figura 2c). Al cortocircuitar eléctricamente los electrodos superiores de ambos dispositivos y conectar los electrodos coplanares inferiores a una fuente de alimentación de CA, ambos dispositivos pueden encenderse alternativamente. Desde la perspectiva del circuito, este dispositivo de CA-CC se obtiene conectando un dispositivo directo y uno inverso en serie. Cuando el dispositivo directo se enciende, el inverso se apaga, actuando como una resistencia. Debido a la presencia de resistencia, la eficiencia de electroluminiscencia es relativamente baja. Además, los dispositivos emisores de luz de CA solo pueden operar a bajo voltaje y no pueden combinarse directamente con la electricidad doméstica estándar de 110 V/220 V. Como se muestra en la Figura 3 y la Tabla 1 complementarias, el rendimiento (brillo y eficiencia energética) de los dispositivos de alimentación de CA-CC informados alimentados por alto voltaje de CA es inferior al de los dispositivos de CC. Hasta el momento, no existe ningún dispositivo de alimentación CA-CC que pueda funcionar directamente con la electricidad doméstica a 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz y que tenga alta eficiencia y larga vida útil.
Chen Shuming y su equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur desarrollaron un diodo emisor de luz de puntos cuánticos conectado en serie que utiliza óxido de indio y zinc conductor transparente como electrodo intermedio. El diodo puede operar en ciclos de corriente alterna positivos y negativos, con eficiencias cuánticas externas del 20,09 % y el 21,15 %, respectivamente. Además, al conectar varios dispositivos en serie, el panel puede alimentarse directamente con la corriente alterna doméstica sin necesidad de complejos circuitos de backend. Con una tensión de 220 V/50 Hz, la eficiencia energética del panel rojo, listo para usar, es de 15,70 lm/W⁻¹ y el brillo ajustable puede alcanzar hasta 25 834 cd/m⁻². El panel LED de puntos cuánticos listo para usar desarrollado permite producir fuentes de luz de estado sólido económicas, compactas, eficientes y estables que pueden alimentarse directamente con la corriente alterna doméstica.
Tomado de Lightingchina.com
Hora de publicación: 14 de enero de 2025