Giriş: Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Chen Shuming ve diğerleri, ara elektrot olarak şeffaf iletken indiyum çinko oksit kullanarak seri bağlı bir kuantum nokta ışık yayan diyot geliştirdiler. Diyot, sırasıyla %20,09 ve %21,15 harici kuantum verimliliğiyle pozitif ve negatif alternatif akım döngülerinde çalışabilir. Ayrıca, seri bağlı birden fazla cihaz bağlandığında, panel, karmaşık arka uç devrelerine ihtiyaç duymadan doğrudan ev tipi AC güç kaynağıyla çalıştırılabilir. 220 V/50 Hz besleme altında, kırmızı tak ve çalıştır panelin güç verimliliği 15,70 lm W-1'dir ve ayarlanabilir parlaklık 25834 cd m-2'ye kadar çıkabilir.
Işık yayan diyotlar (LED'ler), yüksek verimlilikleri, uzun ömürleri, katı hal ve çevresel güvenlik avantajları sayesinde enerji verimliliği ve çevresel sürdürülebilirlik konusundaki küresel talebi karşılayarak ana akım aydınlatma teknolojisi haline gelmiştir. Yarı iletken bir pn diyot olan LED, yalnızca düşük voltajlı bir doğru akım (DC) kaynağının tahrikiyle çalışabilir. Tek yönlü ve sürekli yük enjeksiyonu nedeniyle, cihaz içinde yükler ve Joule ısısı birikir ve bu da LED'in çalışma kararlılığını azaltır. Ayrıca, küresel güç kaynağı esas olarak yüksek voltajlı alternatif akıma dayanmaktadır ve LED ışıklar gibi birçok ev aleti doğrudan yüksek voltajlı alternatif akımı kullanamaz. Bu nedenle, LED ev elektriğiyle çalıştırıldığında, yüksek voltajlı AC gücünü düşük voltajlı DC gücüne dönüştürmek için aracı olarak ek bir AC-DC dönüştürücü gerekir. Tipik bir AC-DC dönüştürücü, şebeke voltajını düşürmek için bir transformatör ve AC girişini doğrultmak için bir doğrultucu devresi içerir (bkz. Şekil 1a). Çoğu AC-DC dönüştürücünün dönüşüm verimliliği %90'ın üzerine çıkabilse de, dönüşüm işlemi sırasında yine de enerji kaybı yaşanır. Ayrıca, LED'in parlaklığını ayarlamak için, DC güç kaynağını düzenleyecek ve LED için ideal akımı sağlayacak özel bir sürücü devresi kullanılmalıdır (bkz. Ek Şekil 1b).
Sürücü devresinin güvenilirliği, LED ışıkların dayanıklılığını etkileyecektir. Bu nedenle, AC-DC dönüştürücüler ve DC sürücüler kullanmak yalnızca ek maliyetlere yol açmakla kalmaz (toplam LED lamba maliyetinin yaklaşık %17'sini oluşturur), aynı zamanda güç tüketimini artırır ve LED lambaların dayanıklılığını azaltır. Bu nedenle, karmaşık arka uç elektronik cihazlara ihtiyaç duymadan, 50 Hz/60 Hz'lik 110 V/220 V ev tipi voltajlarla doğrudan çalıştırılabilen LED veya elektrolüminesans (EL) cihazların geliştirilmesi oldukça arzu edilmektedir.
Son birkaç on yılda, birkaç AC tahrikli elektrolüminesans (AC-EL) cihaz tanıtıldı. Tipik bir AC elektronik balast, iki yalıtım katmanı arasına sıkıştırılmış bir floresan toz yayan katmandan oluşur (Şekil 2a). Yalıtım katmanının kullanılması, harici yük taşıyıcılarının enjeksiyonunu önler, bu nedenle cihazdan doğru akım geçmez. Cihaz bir kapasitör işlevi görür ve yüksek bir AC elektrik alanının tahriki altında, dahili olarak üretilen elektronlar yakalama noktasından emisyon katmanına tünel açabilir. Yeterli kinetik enerji elde ettikten sonra, elektronlar lüminesans merkezine çarparak eksitonlar üretir ve ışık yayar. Elektrotların dışından elektron enjekte edilememesi nedeniyle, bu cihazların parlaklığı ve verimliliği önemli ölçüde düşüktür ve bu da aydınlatma ve görüntüleme alanlarındaki uygulamalarını sınırlar.
Performansını artırmak için, insanlar tek yalıtım katmanlı AC elektronik balastlar tasarladılar (bkz. Ek Şekil 2b). Bu yapıda, AC sürücünün pozitif yarım döngüsü sırasında, bir yük taşıyıcısı doğrudan harici elektrottan emisyon katmanına enjekte edilir; dahili olarak üretilen başka bir yük taşıyıcı türüyle rekombinasyon yoluyla verimli ışık emisyonu gözlemlenebilir. Ancak, AC sürücünün negatif yarım döngüsü sırasında, enjekte edilen yük taşıyıcıları cihazdan salınacak ve bu nedenle ışık yaymayacaktır. Işık emisyonunun yalnızca sürüşün yarım döngüsü sırasında meydana gelmesi nedeniyle, bu AC cihazın verimliliği DC cihazlardan daha düşüktür. Ayrıca, cihazların kapasitans özellikleri nedeniyle, her iki AC cihazın da elektrolüminesans performansı frekansa bağlıdır ve optimum performans genellikle birkaç kilohertz'lik yüksek frekanslarda elde edilir, bu da bunların düşük frekanslarda (50 hertz/60 hertz) standart ev AC gücüyle uyumlu olmasını zorlaştırır.
Son zamanlarda, birisi 50 Hz/60 Hz frekanslarında çalışabilen bir AC elektronik cihaz önerdi. Bu cihaz iki paralel DC cihazdan oluşur (bkz. Şekil 2c). İki cihazın üst elektrotlarını elektriksel olarak kısa devre yaparak ve alt eşdüzlemli elektrotları bir AC güç kaynağına bağlayarak, iki cihaz dönüşümlü olarak açılabilir. Devre perspektifinden bakıldığında, bu AC-DC cihaz, bir ileri cihaz ve bir geri cihazın seri olarak bağlanmasıyla elde edilir. İleri cihaz açıldığında, geri cihaz kapanır ve bir direnç görevi görür. Direnç varlığından dolayı, elektrolüminesans verimliliği nispeten düşüktür. Ayrıca, AC ışık yayan cihazlar yalnızca düşük voltajda çalışabilir ve 110 V/220 V standart ev elektriğiyle doğrudan birleştirilemez. Ek Şekil 3 ve Ek Tablo 1'de gösterildiği gibi, yüksek AC voltajıyla çalıştırılan bildirilen AC-DC güç cihazlarının performansı (parlaklık ve güç verimliliği), DC cihazlardan daha düşüktür. Şu ana kadar 110 V/220 V, 50 Hz/60 Hz ev elektriğiyle doğrudan çalışabilen, yüksek verimli ve uzun ömürlü bir AC-DC güç cihazı bulunmamaktadır.
Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Chen Shuming ve ekibi, ara elektrot olarak şeffaf iletken indiyum çinko oksit kullanan seri bağlı kuantum nokta ışık yayan diyot geliştirdi. Diyot, sırasıyla %20,09 ve %21,15 harici kuantum verimliliğiyle pozitif ve negatif alternatif akım döngülerinde çalışabilir. Ayrıca, birden fazla seri bağlı cihaz bağlandığında panel, karmaşık arka uç devrelerine ihtiyaç duymadan doğrudan ev tipi AC güç kaynağıyla çalıştırılabilir. 220 V/50 Hz besleme altında, kırmızı tak ve çalıştır panelin güç verimliliği 15,70 lm W-1'dir ve ayarlanabilir parlaklık 25834 cd m-2'ye kadar ulaşabilir. Geliştirilen tak ve çalıştır kuantum nokta LED panel, ev tipi AC elektrikle doğrudan çalıştırılabilen ekonomik, kompakt, verimli ve kararlı katı hal ışık kaynakları üretebilir.
Lightingchina.com'dan alınmıştır
Gönderi zamanı: 14 Ocak 2025