近年來(lái)，全球能源危機(jī)日益加劇，傳統(tǒng)能源不能滿足世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。太陽(yáng)能作為一種重要的可再生綠色能源，受到世界各國(guó)的青睞。太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)集成了半導(dǎo)體和太陽(yáng)能資源的優(yōu)勢(shì)，有效提高了照明效率和綠色節(jié)能。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的分析和研究，充分發(fā)揮太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

太陽(yáng)能半導(dǎo)體器件的特性概述

太陽(yáng)能半導(dǎo)體主要由光學(xué)系統(tǒng)、電極、PN晶片的發(fā)光體面積約為0.025平方毫米，整個(gè)發(fā)光過(guò)程經(jīng)歷三個(gè)階段：在正偏壓條件下注入載流子；光能傳輸；復(fù)合輻射。半導(dǎo)體晶片包裝在環(huán)氧樹(shù)脂中。當(dāng)電子通過(guò)晶片時(shí)，帶正電子和帶負(fù)電子在空穴區(qū)復(fù)合?？昭ê碗娮酉Мa(chǎn)生光子。光子能量與空穴和電子之間的帶間隙成正比，根據(jù)可見(jiàn)光頻譜分析，紅光和橙光的光能最少，紫光和藍(lán)光的光能最多。

隨著包裝技術(shù)和材料技術(shù)的快速發(fā)展，綠色led光效約50lm/W，橙色和紅色LED光效100lm/W，LED其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，特別是在戶外照明系統(tǒng)中。LED所有可見(jiàn)光，特別是超高亮度白光，都實(shí)現(xiàn)了色度LED促進(jìn)了照明光源的快速發(fā)展。

一般情況下，光強(qiáng)1cd是高亮度LED和普通LED的分界點(diǎn)，GalnAs、AIlnGaP和A1GaAs材料主要用于加工高亮度LED，高亮度紅光LED采用A1GaAs高亮度黃綠色、黃色、橙色和紅色LED采用AIlnGaP，高亮度紫、藍(lán)和深綠LED采用GalnAs。

LED 半導(dǎo)體發(fā)光效率高，鹵鎢燈和白熾燈12~20流明/瓦，90高壓鈉~130流明/瓦，熒光燈50~60流明/瓦，光譜窄，單色性好，無(wú)需過(guò)濾即可發(fā)出有色可見(jiàn)光。LED是一種全固體發(fā)光體，耐沖擊、耐震、無(wú)污染，可開(kāi)發(fā)成小型輕型照明產(chǎn)品，便于維護(hù)和安裝。LED光源啟動(dòng)時(shí)間短，氣體放電光源的特性在很大程度上決定了啟動(dòng)時(shí)間。這種環(huán)氧包裝的半導(dǎo)體光源不含燈絲、玻璃等易損件，能承受沖擊和振動(dòng)。

設(shè)計(jì)太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)組成

太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)由半導(dǎo)體照明負(fù)載、控制器、電池和太陽(yáng)能電池組成。備用電源設(shè)置在基本結(jié)構(gòu)框架中。即使長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)下雨，半導(dǎo)體照明負(fù)載也可以由備用電源連續(xù)供電，以確保太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)在電池不能及時(shí)供電時(shí)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，太陽(yáng)輻射可以通過(guò)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化為電能。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和溫度直接影響太陽(yáng)能電池的輸出功率。當(dāng)輻射強(qiáng)度較弱、溫度較低時(shí)，電池輸出功率不能始終保持穩(wěn)定，因此必須在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較大的時(shí)間段通過(guò)電池及時(shí)儲(chǔ)存電能，以便在照明系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可靠穩(wěn)定地向半導(dǎo)體照明系統(tǒng)供電。

控制器是太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的核心?？茖W(xué)管理電池充放電過(guò)程，有效控制照明系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下順利運(yùn)行。

(2)轉(zhuǎn)換過(guò)程

半導(dǎo)體材料是太陽(yáng)能電池的重要結(jié)構(gòu)材料，其最重要的特點(diǎn)是光伏效應(yīng)，P-N結(jié)太陽(yáng)能半導(dǎo)體等效電路，如所示，經(jīng)過(guò)以下三個(gè)轉(zhuǎn)換階段，半導(dǎo)體接收太陽(yáng)能輻射后發(fā)生光伏效應(yīng)。

1)產(chǎn)生電子對(duì)。在絕對(duì)零度狀態(tài)下，半導(dǎo)體內(nèi)部形成介電子帶，導(dǎo)帶不含電子。在正常情況下，半導(dǎo)體可視為絕緣體，不顯示導(dǎo)電性。當(dāng)太陽(yáng)能輻射到半導(dǎo)體時(shí)，禁帶寬度遠(yuǎn)小于光子能量。半導(dǎo)體會(huì)迅速吸收這種光。如果半導(dǎo)體晶格吸收更多的太陽(yáng)能輻射，它可以脫離電子對(duì)半導(dǎo)體晶格的約束，產(chǎn)生大量的自由電子，形成空穴。因此，為了將半導(dǎo)體晶格約束電子轉(zhuǎn)換為大量自由電子，例如，硅禁帶的寬度應(yīng)小于光子能量。.15ev，在半導(dǎo)體禁帶寬度與入射光能一致的條件下，光吸收效率高，可產(chǎn)生大量空穴電子對(duì)。但是，當(dāng)一些光子被半導(dǎo)體晶格吸收時(shí)，會(huì)失去一些能量，導(dǎo)致發(fā)光效率下降；

2）空穴電子分離。當(dāng)太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)周圍沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)，大量光刺激的空穴電子對(duì)均勻分布在半導(dǎo)體中。由于外部電路沒(méi)有電流流過(guò)，因此需要在太陽(yáng)能半導(dǎo)體中以某種方式產(chǎn)生勢(shì)壘，以確保刺激的空穴 電子分離，持續(xù)向照明系統(tǒng)外電路供電。P-N結(jié)主要用于實(shí)現(xiàn)這種勢(shì)壘，P-N空穴電子分離的作用有限，如果沒(méi)有外部電路，分離后的電子聚集在一起P、N兩層中，P-N結(jié)正，逐漸向電位勢(shì)壘降低方向偏轉(zhuǎn)，分離停止后恢復(fù)正常狀態(tài)。P-N結(jié)間電壓稱為開(kāi)路電壓，照射光與短路電流成正比；

3）載流子移動(dòng)。空穴電子不一定在光能輻射條件下完全分離。分離數(shù)和產(chǎn)生數(shù)的比例稱為收集效率，在電荷濃度梯度和電場(chǎng)偏移效應(yīng)的作用下移動(dòng)。通常，如果載流子壽命比過(guò)長(zhǎng)，載流子有自動(dòng)恢復(fù)平衡的傾向P-N結(jié)電子移動(dòng)時(shí)間短，P-N 結(jié)位集效率有決定性的影響，空穴移動(dòng)到P層，當(dāng)電子移動(dòng)到N層時(shí)，正負(fù)電荷分別集中在半導(dǎo)體梁上，用導(dǎo)線連接兩端，產(chǎn)生電流。

結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)快速發(fā)展，被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)照明領(lǐng)域，結(jié)合太陽(yáng)能半導(dǎo)體器件應(yīng)用特性，在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中進(jìn)一步優(yōu)化和完善半導(dǎo)體照明系統(tǒng)，不斷提高其發(fā)光效率。