Introduction : Chen Shuming et d'autres de l'Université des sciences et technologies du Sud ont développé une diode électroluminescente à points quantiques connectée en série en utilisant de l'oxyde de zinc indium conducteur transparent comme électrode intermédiaire. La diode peut fonctionner sous des cycles de courant alternatif positifs et négatifs, avec des rendements quantiques externes de 20,09 % et 21,15 %, respectivement. De plus, en connectant plusieurs appareils connectés en série, le panneau peut être directement alimenté par l'alimentation secteur domestique sans avoir besoin de circuits dorsaux complexes. Sous un entraînement de 220 V/50 Hz, l'efficacité énergétique du panneau rouge plug and play est de 15,70 lm W-1, et la luminosité réglable peut atteindre jusqu'à 25 834 cd m-2.
Les diodes électroluminescentes (DEL) sont devenues la technologie d'éclairage dominante en raison de leur haute efficacité, de leur longue durée de vie, de leurs avantages en matière d'état solide et de sécurité environnementale, répondant ainsi à la demande mondiale d'efficacité énergétique et de durabilité environnementale. En tant que diode pn semi-conductrice, la LED ne peut fonctionner que sous l'impulsion d'une source de courant continu (CC) basse tension. En raison de l'injection de charges unidirectionnelle et continue, les charges et le chauffage Joule s'accumulent dans l'appareil, réduisant ainsi la stabilité opérationnelle de la LED. De plus, l'alimentation électrique mondiale est principalement basée sur le courant alternatif haute tension, et de nombreux appareils électroménagers tels que les lampes LED ne peuvent pas utiliser directement le courant alternatif haute tension. Par conséquent, lorsque les LED sont alimentées par l’électricité domestique, un convertisseur AC-DC supplémentaire est nécessaire comme intermédiaire pour convertir le courant alternatif haute tension en courant continu basse tension. Un convertisseur AC-DC typique comprend un transformateur pour réduire la tension du secteur et un circuit redresseur pour redresser l'entrée AC (voir Figure 1a). Bien que l'efficacité de conversion de la plupart des convertisseurs AC-DC puisse atteindre plus de 90 %, il existe toujours une perte d'énergie pendant le processus de conversion. De plus, pour régler la luminosité de la LED, un circuit de pilotage dédié doit être utilisé pour réguler l'alimentation CC et fournir le courant idéal pour la LED (voir Figure supplémentaire 1b).
La fiabilité du circuit pilote affectera la durabilité des lumières LED. Par conséquent, l’introduction de convertisseurs AC-DC et de pilotes DC entraîne non seulement des coûts supplémentaires (représentant environ 17 % du coût total des lampes LED), mais augmente également la consommation d’énergie et réduit la durabilité des lampes LED. Par conséquent, il est hautement souhaitable de développer des dispositifs LED ou électroluminescents (EL) qui peuvent être directement pilotés par des tensions domestiques de 110 V/220 V de 50 Hz/60 Hz sans avoir besoin de dispositifs électroniques dorsaux complexes.
Au cours des dernières décennies, plusieurs dispositifs électroluminescents alimentés en courant alternatif (AC-EL) ont été démontrés. Un ballast électronique CA typique est constitué d'une couche émettrice de poudre fluorescente prise en sandwich entre deux couches isolantes (Figure 2a). L'utilisation d'une couche isolante empêche l'injection de porteurs de charge externes, de sorte qu'aucun courant continu ne circule dans l'appareil. Le dispositif a la fonction d'un condensateur et, sous l'effet d'un champ électrique alternatif élevé, les électrons générés en interne peuvent passer du point de capture à la couche d'émission. Après avoir obtenu une énergie cinétique suffisante, les électrons entrent en collision avec le centre luminescent, produisant des excitons et émettant de la lumière. En raison de l’impossibilité d’injecter des électrons depuis l’extérieur des électrodes, la luminosité et l’efficacité de ces dispositifs sont nettement inférieures, ce qui limite leurs applications dans les domaines de l’éclairage et de l’affichage.
Afin d'améliorer ses performances, les utilisateurs ont conçu des ballasts électroniques AC avec une seule couche isolante (voir Figure supplémentaire 2b). Dans cette structure, pendant le demi-cycle positif du courant alternatif, un porteur de charge est directement injecté dans la couche d'émission à partir de l'électrode externe ; Une émission lumineuse efficace peut être observée par recombinaison avec un autre type de porteur de charge généré en interne. Cependant, pendant le demi-cycle négatif du variateur AC, les porteurs de charge injectés seront libérés du dispositif et n'émettront donc pas de lumière. En raison du fait que l'émission de lumière ne se produit que pendant le demi-cycle de conduite, l'efficacité de ce dispositif AC est inférieur à celui des appareils à courant continu. De plus, en raison des caractéristiques de capacité des appareils, les performances d'électroluminescence des deux appareils CA dépendent de la fréquence, et des performances optimales sont généralement obtenues à des fréquences élevées de plusieurs kilohertz, ce qui les rend difficiles à être compatibles avec l'alimentation CA domestique standard à faible puissance. fréquences (50 hertz/60 hertz).
Récemment, quelqu’un a proposé un appareil électronique AC capable de fonctionner à des fréquences de 50 Hz/60 Hz. Cet appareil se compose de deux appareils CC parallèles (voir Figure 2c). En court-circuitant électriquement les électrodes supérieures des deux dispositifs et en connectant les électrodes coplanaires inférieures à une source d'alimentation CA, les deux dispositifs peuvent être allumés alternativement. Du point de vue du circuit, ce dispositif AC-DC est obtenu en connectant un dispositif aller et un dispositif inverse en série. Lorsque le dispositif aller est activé, le dispositif inverse est éteint, agissant comme une résistance. En raison de la présence de résistance, l’efficacité de l’électroluminescence est relativement faible. De plus, les appareils électroluminescents AC ne peuvent fonctionner qu'à basse tension et ne peuvent pas être directement combinés avec l'électricité domestique standard 110 V/220 V. Comme le montrent la figure supplémentaire 3 et le tableau supplémentaire 1, les performances (luminosité et efficacité énergétique) des dispositifs d'alimentation CA-CC signalés et alimentés par une tension alternative élevée sont inférieures à celles des dispositifs à courant continu. Jusqu'à présent, il n'existe aucun dispositif d'alimentation CA-CC pouvant être directement alimenté par l'électricité domestique à 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz, et offrant un rendement élevé et une longue durée de vie.
Chen Shuming et son équipe de l'Université des sciences et technologies du Sud ont développé une diode électroluminescente à points quantiques connectée en série utilisant de l'oxyde de zinc indium conducteur transparent comme électrode intermédiaire. La diode peut fonctionner sous des cycles de courant alternatif positifs et négatifs, avec des rendements quantiques externes de 20,09 % et 21,15 %, respectivement. De plus, en connectant plusieurs appareils connectés en série, le panneau peut être directement alimenté par l'alimentation secteur domestique sans avoir besoin de circuits dorsaux complexes. Sous le variateur de 220 V/50 Hz, l'efficacité énergétique du panneau rouge plug and play est de 15,70. lm W-1, et la luminosité réglable peut atteindre jusqu'à 25834 cd m-2. Le panneau LED à points quantiques plug and play développé peut produire des sources lumineuses à semi-conducteurs économiques, compactes, efficaces et stables qui peuvent être directement alimentées par l'électricité CA domestique.
Tiré de Lightingchina.com
Heure de publication : 14 janvier 2025