Introdução: Chen Shuming e outros da Southern University of Science and Technology desenvolveram um diodo emissor de luz de ponto quântico conectado em série usando óxido de índio-zinco condutor transparente como eletrodo intermediário. O diodo pode operar sob ciclos de corrente alternada positivos e negativos, com eficiências quânticas externas de 20,09% e 21,15%, respectivamente. Além disso, ao conectar vários dispositivos conectados em série, o painel pode ser acionado diretamente pela energia CA doméstica, sem a necessidade de circuitos back-end complexos. Sob acionamento de 220 V/50 Hz, a eficiência energética do painel plug and play vermelho é de 15,70 lm W-1, e o brilho ajustável pode atingir até 25.834 cd m-2.
Os diodos emissores de luz (LEDs) tornaram-se a principal tecnologia de iluminação devido à sua alta eficiência, longa vida útil, estado sólido e vantagens de segurança ambiental, atendendo à demanda global por eficiência energética e sustentabilidade ambiental. Como um diodo pn semicondutor, o LED só pode operar sob o acionamento de uma fonte de corrente contínua (CC) de baixa tensão. Devido à injeção de carga unidirecional e contínua, cargas e aquecimento Joule se acumulam dentro do dispositivo, reduzindo assim a estabilidade operacional do LED. Além disso, o fornecimento de energia global é baseado principalmente em corrente alternada de alta tensão, e muitos eletrodomésticos, como luzes LED, não podem usar diretamente corrente alternada de alta tensão. Portanto, quando o LED é alimentado por eletricidade doméstica, é necessário um conversor CA-CC adicional como intermediário para converter energia CA de alta tensão em energia CC de baixa tensão. Um conversor CA-CC típico inclui um transformador para reduzir a tensão da rede e um circuito retificador para retificar a entrada CA (veja a Figura 1a). Embora a eficiência de conversão da maioria dos conversores AC-DC possa atingir mais de 90%, ainda há perda de energia durante o processo de conversão. Além disso, para ajustar o brilho do LED, um circuito de acionamento dedicado deve ser usado para regular a fonte de alimentação CC e fornecer a corrente ideal para o LED (ver Figura 1b Complementar).
A confiabilidade do circuito do driver afetará a durabilidade das luzes LED. Portanto, a introdução de conversores AC-DC e drivers DC não só acarreta custos adicionais (representando cerca de 17% do custo total das lâmpadas LED), mas também aumenta o consumo de energia e reduz a durabilidade das lâmpadas LED. Portanto, é altamente desejável desenvolver dispositivos LED ou eletroluminescentes (EL) que possam ser acionados diretamente por tensões domésticas de 110 V/220 V de 50 Hz/60 Hz sem a necessidade de dispositivos eletrônicos de back-end complexos.
Nas últimas décadas, vários dispositivos eletroluminescentes acionados por CA (AC-EL) foram demonstrados. Um reator eletrônico AC típico consiste em uma camada emissora de pó fluorescente imprensada entre duas camadas isolantes (Figura 2a). O uso de camada isolante evita a injeção de portadores de carga externos, de forma que não haja corrente contínua fluindo pelo dispositivo. O dispositivo tem a função de um capacitor e, sob o acionamento de um campo elétrico de alta corrente alternada, os elétrons gerados internamente podem tunelar do ponto de captura até a camada de emissão. Após obter energia cinética suficiente, os elétrons colidem com o centro luminescente, produzindo excitons e emitindo luz. Devido à impossibilidade de injetar elétrons de fora dos eletrodos, o brilho e a eficiência desses dispositivos são significativamente menores, o que limita suas aplicações nas áreas de iluminação e display.
A fim de melhorar seu desempenho, as pessoas projetaram reatores eletrônicos AC com uma única camada de isolamento (ver Figura 2b suplementar). Nesta estrutura, durante o meio ciclo positivo do acionamento CA, um portador de carga é injetado diretamente na camada de emissão do eletrodo externo; A emissão eficiente de luz pode ser observada pela recombinação com outro tipo de portador de carga gerado internamente. Porém, durante o meio ciclo negativo do acionamento CA, os portadores de carga injetados serão liberados do dispositivo e, portanto, não emitirão luz. Devido ao fato de a emissão de luz ocorrer apenas durante o meio ciclo de acionamento, a eficiência deste dispositivo CA é inferior ao dos dispositivos DC. Além disso, devido às características de capacitância dos dispositivos, o desempenho da eletroluminescência de ambos os dispositivos CA depende da frequência, e o desempenho ideal é geralmente alcançado em altas frequências de vários quilohertz, o que os torna difíceis de serem compatíveis com a energia CA doméstica padrão em baixas temperaturas. frequências (50 hertz/60 hertz).
Recentemente, alguém propôs um dispositivo eletrônico AC que pode operar em frequências de 50 Hz/60 Hz. Este dispositivo consiste em dois dispositivos DC paralelos (ver Figura 2c). Ao curto-circuitar eletricamente os eletrodos superiores dos dois dispositivos e conectar os eletrodos coplanares inferiores a uma fonte de energia CA, os dois dispositivos podem ser ligados alternadamente. Do ponto de vista do circuito, este dispositivo AC-DC é obtido conectando um dispositivo direto e um dispositivo reverso em série. Quando o dispositivo direto é ligado, o dispositivo reverso é desligado, atuando como um resistor. Devido à presença de resistência, a eficiência da eletroluminescência é relativamente baixa. Além disso, os dispositivos emissores de luz CA só podem operar em baixa tensão e não podem ser combinados diretamente com a eletricidade doméstica padrão de 110 V/220 V. Conforme mostrado na Figura Suplementar 3 e na Tabela Suplementar 1, o desempenho (brilho e eficiência energética) dos dispositivos de energia AC-DC relatados acionados por alta tensão AC é inferior ao dos dispositivos DC. Até o momento, não existe nenhum dispositivo de alimentação CA-CC que possa ser acionado diretamente por eletricidade doméstica a 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz e tenha alta eficiência e longa vida útil.
Chen Shuming e sua equipe da Southern University of Science and Technology desenvolveram um diodo emissor de luz de ponto quântico conectado em série usando óxido de índio-zinco condutor transparente como eletrodo intermediário. O diodo pode operar sob ciclos de corrente alternada positivos e negativos, com eficiências quânticas externas de 20,09% e 21,15%, respectivamente. Além disso, ao conectar vários dispositivos conectados em série, o painel pode ser acionado diretamente por energia CA doméstica sem a necessidade de circuitos de back-end complexos. Sob a unidade de 220 V/50 Hz, a eficiência de energia do painel plug and play vermelho é de 15,70 lm W-1, e o brilho ajustável pode atingir até 25.834 cd m-2. O painel LED de pontos quânticos plug and play desenvolvido pode produzir fontes de luz de estado sólido econômicas, compactas, eficientes e estáveis que podem ser alimentadas diretamente por eletricidade CA doméstica.
Retirado de Lightingchina.com
Horário da postagem: 14 de janeiro de 2025