Introducción: Chen Shuming y otros de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur han desarrollado un diodo emisor de luz de puntos cuánticos conectados en serie utilizando óxido de indio y zinc conductor transparente como electrodo intermedio. El diodo puede funcionar bajo ciclos de corriente alterna positivos y negativos, con eficiencias cuánticas externas del 20,09% y 21,15%, respectivamente. Además, al conectar varios dispositivos conectados en serie, el panel puede funcionar directamente con alimentación de CA doméstica sin la necesidad de complejos circuitos de fondo. Con alimentación de 220 V/50 Hz, la eficiencia energética del panel rojo plug and play 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 principal tecnología de iluminación debido a su alta eficiencia, larga vida útil, estado sólido y ventajas de seguridad ambiental, satisfaciendo la demanda global de eficiencia energética y sostenibilidad ambiental. Como diodo pn semiconductor, el LED solo puede funcionar bajo el impulso de una fuente de corriente continua (CC) de bajo voltaje. Debido a la inyección de carga continua y unidireccional, las cargas y el calentamiento Joule se acumulan dentro del dispositivo, lo que reduce la estabilidad operativa del LED. Además, el suministro de energía mundial se basa principalmente en corriente alterna de alto voltaje, y muchos electrodomésticos, como las luces LED, no pueden utilizar directamente corriente alterna de alto voltaje. Por lo tanto, cuando el LED funciona con electricidad doméstica, se requiere un convertidor CA-CC adicional como intermediario para convertir la energía CA de alto voltaje en energía CC de bajo voltaje. Un convertidor CA-CC típico incluye un transformador para reducir el voltaje de la red y un circuito rectificador para rectificar la entrada de CA (consulte la Figura 1a). Aunque la eficiencia de conversión de la mayoría de los convertidores AC-DC puede alcanzar más del 90%, todavía hay pérdida de energía durante el proceso de conversión. Además, para ajustar el brillo del LED, se debe utilizar un circuito de activación dedicado para regular la fuente de alimentación de CC y proporcionar la corriente ideal para el LED (consulte la Figura complementaria 1b).
La confiabilidad del circuito del controlador afectará la durabilidad de las luces LED. Por lo tanto, la introducción de convertidores AC-DC y controladores DC no sólo genera costos adicionales (que representan aproximadamente el 17% del costo total de las lámparas LED), sino que también aumenta el consumo de energía y reduce la durabilidad de las lámparas LED. Por lo tanto, es muy deseable desarrollar dispositivos LED o electroluminiscentes (EL) que puedan funcionar directamente con voltajes domésticos de 110 V/220 V de 50 Hz/60 Hz sin la necesidad de dispositivos electrónicos complejos.
En las últimas décadas, se han demostrado varios dispositivos electroluminiscentes accionados por CA (AC-EL). Un balastro electrónico de CA típico consta de una capa emisora de polvo fluorescente intercalada entre dos capas aislantes (Figura 2a). El uso de una capa aislante evita la inyección de portadores de carga externos, por lo que no fluye corriente continua a través del dispositivo. El dispositivo tiene la función de un condensador y, bajo el impulso de un alto campo eléctrico de CA, los electrones generados internamente pueden hacer un túnel desde el punto de captura hasta la capa de emisión. Después de obtener suficiente energía cinética, los electrones chocan con el centro luminiscente, produciendo excitones y emitiendo luz. Debido a la imposibilidad 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 balastros electrónicos de CA con una única capa de aislamiento (consulte la Figura complementaria 2b). 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; La emisión de luz eficiente se puede observar mediante recombinación con otro tipo de portador de carga generado internamente. Sin embargo, durante el medio ciclo negativo de la conducción de CA, los portadores de carga inyectados se liberarán del dispositivo y, por lo tanto, no emitirán luz. Debido a que la emisión de luz solo se produce durante el medio ciclo de conducción, la eficiencia de este dispositivo de CA es menor que el de los dispositivos DC. 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 generalmente se logra a altas frecuencias de varios kilohercios, lo que hace difícil que sean compatibles con la energía de CA doméstica estándar a bajos niveles. frecuencias (50 hercios/60 hercios).
Recientemente, alguien propuso un dispositivo electrónico de CA que puede funcionar a frecuencias de 50 Hz/60 Hz. Este dispositivo consta de dos dispositivos de CC paralelos (consulte la Figura 2c). Al cortocircuitar eléctricamente los electrodos superiores de los dos dispositivos y conectar los electrodos coplanares inferiores a una fuente de alimentación de CA, los dos dispositivos se pueden encender alternativamente. Desde la perspectiva del circuito, este dispositivo AC-DC se obtiene conectando un dispositivo directo y un dispositivo inverso en serie. Cuando se enciende el dispositivo de avance, el dispositivo de retroceso se apaga, actuando como una resistencia. Debido a la presencia de resistencia, la eficiencia de la electroluminiscencia es relativamente baja. Además, los dispositivos emisores de luz de CA solo pueden funcionar 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 complementaria y en la Tabla 1 complementaria, el rendimiento (brillo y eficiencia energética) de los dispositivos de alimentación CA-CC impulsados por alto voltaje de CA es menor que el de los dispositivos de CC. Hasta el momento, no existe ningún dispositivo de alimentación CA-CC que pueda funcionar directamente con electricidad doméstica a 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz y que tenga una alta eficiencia y una larga vida útil.
Chen Shuming y su equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur han desarrollado un diodo emisor de luz de puntos cuánticos conectados en serie utilizando óxido de indio y zinc conductor transparente como electrodo intermedio. El diodo puede funcionar bajo ciclos de corriente alterna positivos y negativos, con eficiencias cuánticas externas del 20,09% y 21,15%, respectivamente. Además, al conectar varios dispositivos conectados en serie, el panel puede funcionar directamente con alimentación de CA doméstica sin la necesidad de complejos circuitos de fondo. Bajo el accionamiento de 220 V/50 Hz, la eficiencia energética del panel rojo plug and play es de 15,70 lm W-1, y el brillo ajustable puede alcanzar hasta 25834 cd m-2. El panel LED de puntos cuánticos plug and play desarrollado puede producir fuentes de luz de estado sólido económicas, compactas, eficientes y estables que pueden alimentarse directamente con electricidad de CA doméstica.
Tomado de Lightingchina.com
Hora de publicación: 14 de enero de 2025