光电池的原理及应用

硅光电池的原理及应用

1.引言

随着科技日新月异地发展，光电池在人们的生产生活中产生了越来越重要的作用。光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能也称为太阳能电池[1-2]。

太阳能电池是利用半导体光伏效应制成的光电转换器件，它既可以作为电源，又可以作为光电检测器件。作为电源使用的光电池，主要是直接把太阳的辐射能转换为电能，称为太阳电池[3-5]。太阳电池不需要燃料，没有运动部件，也不排放气体，具有重量轻，工作性能稳定，光电转换效率高，使用寿命长，不产生污染等优点，在航天技术、气象观测、工农业生产乃至人们的日常生活等方面都得到了广泛的应用。作为光电检测器件使用的光电池，具有反应速度快，工作时不需要外加偏压等特点，用于近红外探测器、光电藕合器以及光电开关等。光电池的制作材料有许多种，例如硅、硒、锗、硫化镉、砷化镓等，其中最常用的是硅光电池[6-7]。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势是发电式有源元件。

太阳能电池的利用和特性的研究是21世纪的热门课题，许多国家正投入大量人力物力对太阳能电池进行研究硅光电池是根据光伏效应制成的太阳能电池，应用范围较广。本文以硅光电池为例来进行研究。

2.光电池的工作原理

2.1光电池结构

光电池是在光线照射下，直接将光量转变为电动势的光学元件，它的工作原理是光生伏特效应。简称光伏效应。(光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴，并在空间分开而产生电位差的现象。即将光能转化成电能)在有光线作用时PN结就相当于一个电压源。

光

N I1P

-I2+

如图所示，硅光电池在无外加电压时，光照引起的载流子迁移会在其两端产生光生电动势，即光伏效应硅。光电池的基本结构为PN结，受光照后，将产生一个由N区到P区的光生电流I1同时，由于PN结二极管的特性，存在正向二极管电流I2，此电流方向从P区到N区，与光生电流相反。硅光电池的理论模型是由一理想的电流源(光照产生光电流的电流源)、一个理想二极管一个并联电阻和一个串联电阻组成。

2.2物理原理

2.2.1材料

(1)N型光电导体，多子是电子，少子是空穴。主要是光子激发施主能级中的电子跃迁到导带中去，电子为主要载流子，增加了自由电子的浓度。

(2)P型光电导体，多子是空穴，少子是电子。主要是光子激发价带中的电子跃迁到受主能级，与受主能级中的空穴复合，而在价带中留有空穴，作为主要载流子参加导电，增加了空穴的浓度。

2.2.2光伏效应

(1)PN结存在一个由N指向P的内建电场，热平衡时，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移作用相抵消，没有电流通过PN结。

(2)当有光照射PN结时，样品对光子的本征和非本征吸收都将产生载流子，但是，由于P区和N区的多数载流子都被势垒阻挡而不能穿过PN结，因而只有本征吸收所激发的少数载流子才能引起光伏效应。

(3)当有光照射时，光线足以透过P型半导体入射到PN结。对于能量大于材料禁带宽度的光子，由于本征吸收，就可激发出电子、空穴、以及电子——空穴对。P 区的光生电子和N区的光生空穴以及结合的电子——空穴对扩散到结电场附近时,在内建电场的作用下漂移过结，电子——空穴对被阻挡层的内建电场分开，光生电子和孔穴被分别拉到N区和P区，从而在阻挡层两侧形成电荷的堆积，产生内建电场的光生电场，使得内建电场的势垒降低,降低量等于光生电势差。光生电势差所产生的光生电流方向和结电流的方向相反，而与P—N结反向饱和电流同向。

2.3发电原理

光电池实质是一个大面积PN结,结构如图4所示，上电极为栅状受光电极，栅状电极下涂有抗反射膜，用以增加透光，减小反射，下电极是一层衬底铝。当光照射PN结的一个面时，电子空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势，一般可产生0.2V～0.6V电压，50mA电流。

2.4光电池的主要参数

2.4.1开路电压

若将接在光电池两端的外电路断开，那么被P一N结分开的所有过剩载流子便

会积累在P一N结附近，并以最大的可能补偿自建电场，产生最大的光生电动势。

2.4.2短路电流

如果把光电池短路，被P一N结分开的过剩载流子便能通过短路电路流通产生最大可能的短路电流。P一N结附近不会有过剩载流子积累，光生电动势为零。

2.4.3工作电压和工作电流

若光电池通过负载电阻接通，被P一N结分开的过剩载流子中一部分把自己的能量消耗于降低自建电场，也就是建立工作电压，另一部分载流子流过负载形成工作电流。

2.4.4最大输出功率

即为光电池接最佳负载时的输出功率。

2.4.5转换效率

为光电池在单位面积上取得的最大功率，与太阳垂直辐射于光电池单位面积上的功率之比，用百分数表示。

2.5光电池的基本特性

2.5.1光谱特性

硅光电池的光谱特性是指用单位辐射通量不同波长的光分别照射硅光电池时，所产生饱和电流的大小。用相对灵敏度表示。

2.5.2光照特性

硅光电池在不同的光强照射下有不同的光生电动势和光电流，在不同的照度下，其内阻是不同的，可用不同大小的外接负载近似的满足“短路”条件。不同的负载可以在不同的照度范围内，使光电流和光强保持线性关系。负载电阻越小，其线性关系越好，线性范围也较大。

2.5.3伏安特性

硅光电池的伏安特性是描述在连接不同的负载时，所输出的电压和电流的关系。在不同照度时，伏安特性是多条相似的曲线。光电流随负载不同在很大范围内正比于入射光强，而电动势趋于饱和。

2.5.4频率特性

硅光电池的频率特性是描述光的频率变化和输出电流的关系。硅光电池有很高的频率响应，因此可以用于高速记数等方面，这是硅光电池在所有光电元件中最突出的特点之一。

2.5.5温度特性

硅光电池随温度的升高，开路电压下降较大，大约温升1摄氏度，电压下降2至3毫伏，短路电流随温度的上升变化较小。

3.光电池的应用

光电池主要有两方面的应用：一是太阳能电池，二是光电转换器件。

3.1太阳能电池

光伏作用直接将太阳能转换成电能，太阳能电池目前在航空、通信、太阳能发电站等方面得到应用。例如现在普遍使用的太阳能热水器，正是利用太阳能把太阳能，装换成电能而加热水。随着太阳能电池技术的不断发展，其成本会逐渐下降，在生产生活各领域将发挥越来越大的作用。

3.2光电转换器件

硅光电池对光很敏感，因此在自动控制中是很好的光电检测元件。可用于红外探测光电输、出光电藕合、光电跟踪、特性识别等等方面；硅光电池可做照度计、光度计、浊度计比色计、烟度计等仪器的光信号接收元件，另外可用于电影还音；纺织行业的光电探纬、换梭、除疵等;还可用于航标灯，路灯自动开关；机床的安全保护自动控制，自动计数，印刷机控制双张等等方面。另外要求光电池具有灵敏度高、响应时间短的特点，有特殊的制造工艺，用于光电检测和自动控制系统中。

4.结语

硅电池发电既能节约地球上有限的资源，又能保护环境，具有双赢效果。太阳能产业是新兴的朝阳行业，其成长性很好，所以我们要不断努力，使其进一步发展和应用，为人类造福！

参考文献：

[1]刘笃仁，韩保君．传感器原理及应用技术[J]．西安电子科技大学出版社，2003．

[2]朱京平．光电子技术基础[M]．科学出版社，2003．

[3]李文鹏．世界高科技前沿[M]．北京：北京大学出版社，1999．

[6]黄元庆，万瑾，颜黄苹．现代传感技术[M]．机械工业出版社．

[4]陈中儒．光电传感器——光电池[J]．科技资讯．2008(06)：6-7．

[7]李海雁，杨锡震．太阳能电池[J]．大学物理．2003(9)：36-40．

[5]王刚，李晓红，李斌．晶体硅与染料敏化纳米薄膜太阳能～光电转换技术[J]．青海科技．2006(1)：26-28．

光电池的应用设计论文

第一部分摘要引言一、摘要光电传感器作为“为机器安装眼睛与大脑工程”的重要环节,目前已深入到国民经济各个部门，成为跨行业应用的器件。本文根据传感器原理不同，从工作原理、结构及基本特性参数介绍了几种光电传感器，并以光电池为例介绍了和分析了两种实用电路，最后介绍了光电池电路的拓展功能以及光电传感器的应用前景。关键词：光电传感器光电池光控换向二、引言目前，光电传感器已经深入到国民经济各个部门，成为跨行业应用的器件，它被广泛应用到工业生产的许多方面，凡是需要观察和检测的场所都有应用的可能。它的非接触性、无损害、不受电磁干扰、能远距离传送信息以及远距离操纵控制等优点是得到广泛应用的保障。它在航天、航空、石油、化工、国防、安全、旅游、交通、城市建设和农业生产等领域都得到广泛的应用。光电传感器使人类有效地扩展了自身的视觉能力，使视觉的长波限延伸到亚毫米波（THz波），短波限延伸到紫外线、X射线、Y射线，乃至高能粒子，响应速度达到纳秒级，能够到人们无法达到的场所，将那里发生的瞬间变化过程与长时间历史经历过程记录下来，供人们使用。

第二部分设计目的课程设计目的传感器技术课程设计的目的是使学生能够将《传感器技术》课程的内容与实际应用有机的联系起来，形成测量控制系统的概念，掌握智能检测（或仪表）系统设计的基本思想和方法。培养学生综合运用基础及专业知识的能力，提高解决实际工程技术问题的能力；加强查阅相关图书资料、产品手册和各种工具书的能力；提高书写技术报告和编制技术资料的能力。第三部设计过程一、光电池简介 1、概述光电池是一种用途很广的光敏器件，其优点是体积小、重量轻、寿命长、性能稳定、光照灵敏度较高、光谱响应频带较宽且本身不耗能，是小型化、微功耗仪器中常见的换能器件。当光电池受到光照时不需要外加其他形式的能量即可产生电流输出，电流大小反映了光照强度大小。 2、光电池原理与结构光电池是利用光生伏特效应吧光能直接转变成电能的光电器件。由于它能够把太阳能直接转变为电能，因此又称为太阳电池，其实质就是一个电压源。光电池的种类有硒光电池、氧化亚铜光电池、砷化镓光电池、硅光电池（本次设计所使用到的光电池传感器）、硫化铊光电池等。目前应用最广、最有发展前途的是硅光电池和硒光电池。硅光电池价格便宜，转化效率高，寿命长，适合于接受红外光，硒光电池的光电转换效率低。寿命短，适合接受可见光。 2.1 相关元件；感光元件，LED指示灯，电容，电阻，二极管等 3、硅光电池的基本结构按硅光电池衬底材料不同科分为2DR型和2CR型。如图a所示为2DR型硅光电池，它是以P型硅材料为衬底（即在本征型硅材料中渗入三价元素或镓等）然后再衬底上扩散而形成N型层并将其作为受光面。硅光电池的受光面的输出电极多做成如图b所示为硅光电池的外形，图所示的梳齿状或“E”字型电极，其目的是减小硅光电池的内阻。

双向可控硅及触发电路

双向可控硅及其触发电路双向可控硅是一种功率半导体器件，也称双向晶闸管，在单片机控制系统中，可作为功率驱动器件，由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。（过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通，由于采用过零触发，因此需要正弦交流电过零检测电路）双向可控硅分为三象限、四象限可控硅，四象限可控硅其导通条件如下图：总的来说导通的条件就是：G极与T1之间存在一个足够的电压时并能够提供足够的导通电流就可以使可控硅导通，这个电压可以是正、负，和T1、T2之间的电流方向也没有关系。因为双向可控硅可以双向导通，所以没有正极负极，但是有T1、T2之分再看看BT134-600E的简介：（飞利浦公司的，双向四象限可控硅，最大电流4A）

推荐电路：为了提高效率，使触发脉冲与交流电压同步，要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲，且触发脉冲电压应大于4V ，脉冲宽度应大于20us.图中BT 为变压器，TPL521 - 2 为光电耦合器，起隔离作用。当正弦交流电压接近零时，光电耦合器的两个发光二极管截止，三极管T1基极的偏置电阻电位使之导通，产生负脉冲信号，T1的输出端接到单片机80C51 的外部中断0 的输入引脚，以引起中断。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间，然后发出双向可控硅的同步触发信号。过零检测电路A、B 两点电压输出波形如图2 所示。

光电池的工作原理

光伏招聘网https://www.360docs.net/doc/ff309301.html,中国光伏、太阳能行业权威招聘网站！！！光电池的工作原理光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴，电子-空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。光电池基本特性有以下几种： (1)光谱特性光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的，硅光电池波长在0.8μm附近，硒光电池在0.5μm附近。硅光电池的光谱响应波长范围为0.4~1.2μm，而硒光电池只能为0.38~0.75μm。可见，硅光电池可以在很宽的波长范围内得到应用。 (2)光照特性：光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性。短路电流在很大范围内与光照强度呈线性关系，开路电压（即负载电阻RL无限大时）与光照度的关系是非线性的，并且当照度在2000lx时就趋于饱和了。因此用光电池作为测量元件时，应把它当作电流源的形式来使用，不宜用作电压源。 (3)温度特性光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。由于它关系到应用光电池的仪器或设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标，因此温度特性是光电池的重要特性之一。开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓慢增加。由于温度对光电池的工作有很大影响，因此把它作为测量元件使用时，最好能保证温度恒定或采取温度补偿措施。光伏招聘网http:// https://www.360docs.net/doc/ff309301.html, 1

硅光电池特性及其应用

硅光电池的特性及其应用一、实验目的 1、初步了解硅光电池机理 2、测量硅光电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系 3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系二、实验原理在P 型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n 结（如右图），由于光照，在A 、B 电极之间出现一定的电动势。在有外电路时，只要光照不停止，就会源源不断地输出电流，这种现象称为光伏效应。实验表明：当硅光电池外接负载电阻L R ，其输出电压和电流均随L R 变化而变化。只有当L R 取某一定值时输出功率才能达到最大值m P ，即所谓最佳匹配阻值LB L R R ，而LB R 则取决于硅光电池的内阻Ri= SC OC I V ，因此OC V 、SC I 和i R 都是太阳能电池的重要参数。 FF 是表征硅光电池性能优劣的指标，称为填充因子。 FF 越大，硅光电池的转换效率越高。 FF= VocIsc Pm (1) 图b 是硅光电池的等效电路，在一定负载电阻L R 范围内硅光电池可以近似地视为一个电流源PS I 与内阻i R 并联，和一个很小的电极电阻S R 串联的组合。三、实验内容图a 开路电动势、短路电流与光强关系曲线图b 太阳能电池等效电路

1、测量开路电动势OC V 与光强D I 的关系，将数据记录表1，并绘制并绘制D I ～OC V 曲线。(将功能开关切换到OC V ) 2、短路电流SC I 的测量将功能开关切换到SC I ，调节DC 0-1V 电源S U 输出，使微安表读数0I 为10.00-18.00μA （建议取10.00μA ）。在某一光强D I 下，改变可调电阻R ，使流过检流计（G ）的电流G I 为零。此时AB 两点之间和AC 两点之间的电压应相等,即AB V =AC V 。因而I R=00r I ,即短路电流 SC I =I = R r I 0 0 (r 0为微安计内阻，为10K Ω) 测量不同光强下，短路电流SC I 与光强D I 的关系，将数据记入表2，并绘制SC I ～D I 曲线。测量开路电压OC V 线路图测量短路电流SC I 线路图

双向可控硅的工作原理及原理图

双向可控硅得工作原理及原理图双向可控硅得工作原理1、可控硅就是P1N1Ｐ2N2四层三端结构元件,共有三个ＰＮ结,分析原理时，可以把它瞧作由一个ＰNＰ管与一个ＮPＮ管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1与BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BＧ2便有基流ib2流过,经BG2放大,其集电极电流ic２=β２ｉｂ２。因为ＢG２得集电极直接与ＢG１得基极相连,所以ib1＝ic2。此时，电流ｉc2再经BG1放大,于就是BG1得集电极电流iｃ1=β1iｂ1=β1β2ｉｂ2。这个电流又流回到BG２得基极,表成正反馈,使ｉｂ２不断增大，如此正向馈循环得结果，两个管子得电流剧增,可控硅使饱与导通.由于BG1与BG２所构成得正反馈作用，所以一旦可控硅导通后,即使控制极G得电流消失了,可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用,没有关断功能，所以这种可控硅就是不可关断得。由于可控硅只有导通与关断两种工作状态，所以它具有开关特性,这种特性需要一定得条件才能转化2,触发导通在控制极Ｇ上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区得空穴时入Ｎ2区,N2区得电子进入Ｐ2区,形成触发电流IGT。在可控硅得内部正反馈作用（见图2）得基础上,加上IGT得作用，使可控硅提前导通,导致图3得伏安特性OA 段左移,ＩＧＴ越大,特性左移越快。 TＲIAC得特性?什么就是双向可控硅：ＩAＣ(TRI—ELＥCTROＤＥAＣSWIＴCH）为三极交流开关,亦称为双向晶闸管或双向可控硅。TRIＡC为三端元件,其三端分别为T1（第二端子或第二阳极），T 2(第一端子或第一阳极）与G(控制极）亦为一闸极控制开关，与ＳCR最大得不同点在于ＴRIＡC无论于正向或反向电压时皆可导通,其符号构造及外型,如图1所示。因为它就是双向元件，所以不管T1 ,Ｔ2得电压极性如何，若闸极有信号加入时,则T1,T２间呈导通状态；反之,加闸极触发信号，则T１,T2间有极高得阻抗。 ?(ａ）符号（b）构造图１TRＩAC 二、ＴRIAC得触发特性: ?由于TRIAC为控制极控制得双向可控硅,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT１T2四种组合分别如下：?（1）、VT1T2为正，ＶG为正。?(2）、VT１T2为正,VＧ为负。?（3）、VT1T2为负, VG 为正。?（４)、VT1T2为负，VG为负。一般最好使用在对称情况下（1与４或２与3），以使正负半周能得到对称得结果,最方便得控制方法则为1与4之控制状态，因为控制极信号与VT１T2同极性。

硅光电池特性研究

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硅光电池特性研究【实验目的】 1．掌握PN结形成原理及其工作原理； 2．了解LED发光二极管的驱动电流和输出功率的关系； 3．掌握硅光电池的工作原理及其工作特性。【实验原理】 1．半导体PN结原理目前半导体光电探测器在数码摄像、光通信、太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理、光电效应理论和光伏电池产生机理。零偏－－－－－－－ + + + + － + + + － + P型半导体－－ + + N型半导体 + － + W E R 空间电荷区内电场E 反偏正偏图17-1. 半导体PN结在零偏、反偏、正偏下的耗尽区图17-1是半导体PN结在零偏、反偏、正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的内电场将组织扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。当PN结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，使势垒削弱，使载流子扩散运动继续形成电流，这就是PN结的单向导电性，电流方向是从P指向N。 2．LED工作原理 P N + －－－ + －－内电场 + + － + + － E + － E W －－ + －空间电荷区 + － R + ++ I R

可控硅-晶闸管的几种典型应用电路

可控硅-晶闸管的几种典型应用电路描述：ＳＣＲ半波整流稳压电源。如图４电路，是一种输出电压为＋１２Ｖ的稳压电源。该电路的特点是变压器Ｂ将２２０Ｖ的电压变换为低压（１６～２０Ｖ），采用单向可控硅ＳＣＲ半波整流。ＳＣＲ的门极Ｇ从Ｒ１、Ｄ１和Ｄ２的回路中的Ｃ点取出约１３．４Ｖ的电压作为ＳＣＲ门阴间的偏置电压。电容器Ｃ１起滤波和储能作用。在输出ＣＤ端可获得约＋１２Ｖ的稳压。晶闸管，又称可控硅（单向ＳＣＲ、双向ＢＣＲ）是一种４层的（ＰＮＰＮ）三端器件。在电子技术和工业控制中，被派作整流和电子开关等用场。在这里，笔者介绍它们的基本特性和几种典型应用电路。１．锁存器电路。图１是一种由继电器Ｊ、电源（＋１２Ｖ）、开关Ｋ１和微动开关Ｋ２组成的锁存器电路。当电源开关Ｋ１闭合时，因Ｊ回路中的开关Ｋ２和其触点Ｊ－１是断开的，继电器Ｊ不工作，其触点Ｊ－２也未闭合，所以电珠Ｌ不亮。一旦人工触动一下Ｋ２，Ｊ得电激活，对应的触点Ｊ－１、Ｊ－２闭合，Ｌ点亮。此时微动开关Ｋ２不再起作用（已自锁）。要使电珠Ｌ熄灭，只有断开电源开关Ｋ１使继电器释放，电珠Ｌ才会熄灭。所以该电路具有锁存器（Ｊ－１自锁）的功能。图２电路是用单向可控硅ＳＣＲ代替图１中的继电器Ｊ，仍可完成图１的锁存器功能，即开关Ｋ１闭合时，电路不工作，电珠Ｌ不亮。当触动一下微动开关Ｋ２时，ＳＣＲ因电源电压通过Ｒ１对门极加电而被触发导通且自锁，Ｌ点亮，此时Ｋ２不再起作用，要使Ｌ熄灭，只有断开Ｋ１。由此可见，图２电路也具有锁存器的功能。图２与图１虽然都具有锁存器功能，但它们的工作条件仍有区别：（１）图１的锁存功能是利用继电器触点的闭合维持其Ｊ线圈和Ｌ的电流，但图２中，是利用ＳＣＲ自身导通完成锁存功能。（２）图１的Ｊ与控制器件Ｌ完全处于隔离状态，但图２中的ＳＣＲ与Ｌ不能隔离。所以在实际应用电路中，常把图１和图２电路混合使用，完成所需的锁存器功能。２．单向可控硅ＳＣＲ振荡器。图３电路是利用ＳＣＲ的锁存性制作的低频振荡器电路。图中的扬声器ＬＳ（８Ω／０．５Ｗ）作为振荡器的负载。当电路接上电源时，由于电源通过Ｒ１对Ｃ１充电，初始时，Ｃ１电压很低，Ａ、Ｂ端的电位器Ｗ的分压不能触发ＳＣＲ，ＳＣＲ不导通。当Ｃ１充得电压达到一定值时，Ａ、Ｂ端电压升高，ＳＣＲ被触发而导通。一旦ＳＣＲ导通，电容器Ｃ１通过ＳＣＲ和ＬＳ放电，结果Ａ、Ｂ端的电压又下降，当Ａ、Ｂ端电压下降到很低时，又使ＳＣＲ截止，一旦ＳＣＲ截止，电容器Ｃ１又通过Ｒ１充电，这种充放电过程反复进行形成电路的振荡，此时ＬＳ发出响声。电路中的Ｗ可用来调节ＳＣＲ门极电压的大小，以达到控制振荡器的频率变化。按图中元件数据，Ｃ１取值为０．２２～４μＦ，电路均可正常工作。３．ＳＣＲ半波整流稳压电源。如图４电路，是一种输出电压为＋１２Ｖ的稳压电源。该电路的特点是变压器Ｂ将２２０Ｖ的电压变换为低压（１６～２０Ｖ），采用单向可控硅ＳＣＲ半波整流。ＳＣＲ的门极Ｇ从Ｒ１、Ｄ１和Ｄ２的回路中的Ｃ点取出约１３．４Ｖ的电压作为ＳＣＲ门阴间的偏置电压。电容器Ｃ１起滤波和储能作用。在输出ＣＤ端可获得约＋１２Ｖ的稳压。电路工作时，当Ａ点低压交流为正半周时，ＳＣＲ导通对Ｃ１充电。当充电电压接近Ｃ点电压或交流输入负半周时，ＳＣＲ截止，所以Ｃ１上充得电压（即输出端ＣＤ）不会高于Ｃ点的稳压值。只有储能电容Ｃ１输出端对负载放电，其电压低于Ｃ点电压时，在Ａ点的正半周电压才会给Ｃ１即时补充充电，以维持输出电压的稳定。图４电路与电池配合已成功用于某设备作后备电源。该稳压电源，按图中参数其输出电流可达２～３Ａ。

采用硅光电池实现光照度计电路设计分析

采用硅光电池实现光照度计电路设计和分析作者姓名：# # # 专业名称：应用物理学指导教师：# # # 讲师

摘要本文通过理论分析与数值比对来确定光照强弱与光电池输出光电信号的关系，并且通过这种关系设计了相应的光电检测电路，更直观展现光伏技术在实际生活中的应用。随着光伏技术的日渐成熟以及应用的扩展，对光照的研究也日新月异。所以对如何更加准确的测定光照参数也提出了更高的要求。针对不同的要求，如何快速设计出对应的光电探测器，又有了新的课题。本文在此背景下，进行了光照度计电路的设计与分析。本论文共分四部分：第一部分为光电池特性介绍及实验特性参数，第二部分为电路方案设计和电路实现，第三部分为利用Protel 99SE进行电路设计，第四部分为电路实物制作与调试。关键词：光电池转换电路光电效应伏安特性

Abstract A comparsion between analysis theory and numerical ratio, which can determine the relationship between the intensity of illumination and optical signal of photocell output in this paper. And we design a corresponding circuit of photoelectric detection by the relationship showing the application of photoelectric technology in our daily life. With the development and widespread of photoelectric technology, fracture treatment has been changing quickly. So there have more high requirements about how to determine the parameter of the light more exactly. As for different requirements, it is a new project to design the corresponding electrophptonic detector. Under this background, this paper discuss design and analysis of the circuit of light meter. There are four parts in this paper：In the first part, it introduce the character of photoelectric cell and characteristic parameter of experiment. The second part is about designing scheme of circuit and realizing the circuit, The third part is using Protel 99SE to design circuit, The fourth part is to manufacture and adjust the circuit. Keywords: Potoelectric cell, Conversion circuit,Photoelectric effect, Volt-Ampere characteristic

双向可控硅原理与应用整理

双向可控硅MAC97A6的电路应用家电维修2010-08-22 00:08:15 阅读2916 评论2 字号：大中小订阅 MAC97A6为小功率双向可控硅（双向晶闸管），最多应用于电风扇速度控制或电灯的亮度控制，市场上流行的“电脑风扇”或“电子程控风扇”，不外乎是用集成电路控制器与老式风扇相结合的新一代产品。这里介绍的电路就是利用一块市售的专用集成电路RY901及MAC97A6，将普通电扇改装为具有多功能的高档电扇，很适宜无线电爱好者制作与改装。这种新型IC的主要特点是：（1）集开关、定时、调速、模拟自然风为一体，外围元件少、电路简单、易于制作；（2）省掉了体积较大的机械定时器和调速器，采用轻触式开关和电脑控制脉冲触发，因而无机械磨损，使用寿命长；（3）各种动作电脑程序具备相应的发光管指示，耗电量少，体积小，重量轻，显示直观，便于操作；（4）适合开发或改造成多路家电的定时控制等。RY901采用双列直插式16脚塑封结构，为低功耗CMOS集成电路。其外形、引出脚排列及各脚功能如图1所示。工作原理

典型应用电路如图2所示（[url=https://www.360docs.net/doc/ff309301.html,/ad/ykkz/fsdlkz.rar]点击下载原理图[/url] ）。市电220V由C1、R1降压VD9稳压，经VD10、C2整流滤波后, 提供5V－6V左右的直流电源作为RY901IC组成的控制器电压。在刚接通电源时，电脑控制器暂处于复位（静止）状态，面板上所有发光二极管VD1－VD8均不亮，电风扇不转。若这时每按动一次风速选择键SB3，可依次从IC的11－13脚输出控制电平（脉冲信号），经发光管VDl－VD3和限流电阻R2－R4，分别触发双向晶闸管VS1－VS3的G极，用以控制它的导通与截止，再经电抗器L进行阻抗变换，即可按强风、中风、弱风、强风……的顺序来改变其工作状态，并且风速指示管VD1－VD3（红色）对应点亮或熄灭；当按风型选择键SB4，电风扇即按连续风（常风）、阵风（模拟自然风）、连续风……的方式循环改变其工作状态，在连续风状态下，风型指示管VD4（黄色）熄灭，在阵风状态下，VD4闪光；当按动定时时间选择键SB2，定时指示管VD5－VD8依次对应点亮或熄灭，即每按动一次SB2，可选择其中一种定时时间，共有0.5、l、2、4小时和不定时5种工作方式供选择。当定时时间一到，IC内部的定时电路停止工作，相应的定时指示管熄灭同时IC的11－13脚也无控制信号输出，双向晶闸管VS1－VS3截止，从而导致风扇自动停止运转；在风扇不定时工作时，欲停止风扇转动，只要按动一下复位开关SB1，所有指示灯熄灭，电源被切断，风扇停转；如欲启动风扇，照上述方法操作即可。元器件选择与制作图中除降压电容C1用优质的CBB-400V聚苯电容；泄放保护电阻R1用1W金属膜电阻或线绕电阻外，其余元器件均为普通型。电阻为1/8W；电解电容的耐压值取10V－16V，C1取值范围为0.47u－lu之间；稳压管VD9为5V－6V/1W,可选用ZCW104（旧型号为ZCW21B）硅稳压管；VS1－VS3为1A/400V小型塑封双向晶闸管，可选用MAC94A4型或MAC97A6型；L为电抗器，可以自制，亦可采用原调速器中的电抗器；SB1－SB4为轻触型按键开关（也叫微动或点动开关），有条件的可采用导电橡胶组合按键开关。电路焊接无误，一般不用调试就能工作。改装方法该电路对所有普通风扇都能进行改装。将焊接好的电路板装进合适的塑料肥皂盒或原调速器盒中，将原分线器开关拆除不用，留出空余位置便于安装印制板电路。一般风扇用电抗器均采取5挡。不妨利用其中①、③、⑤挡，将强风（第1挡）、中风（第2挡）弱风（第3挡）分别接到电抗器的各挡中。若有的调速器中无电抗器，风扇电机则是采取抽头方式改变风速的，同样将三种风速分别接至分线器的三极引线中。在改装中特别要注意安全，印制板上220V交流电源接线端及所有导电部位应与调整器盒的金属件严格隔离。改装完毕，可用测电笔碰触调速器有否漏电。否则应进一步采取绝缘措施。通电试验时，用万用表DC10V档测C2两端电压应为5V－6V之间，若不正常，应重点检查整流稳压电路，然后再分别按动SB1－SB4开关，观察各路指示管VD1－VD8应按对应的选择功能发光或熄灭，风扇也应同步工作于不同状态。

太阳能电池历史、原理、分类

太阳能电池历史、原理、分类引言太阳能作为一种巨量可再生能源，是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，其转换途径很多，有光电直接转换，有光热电间接转换等。但利用太阳能电池进行光电直接转换是运用最为广泛的方式。历史：太阳能电池发展历史可以追溯到1 8 3 9 年，当时的法国物理学家Alexander-Edmond Becquerel发现了光伏特效应（P h o t o v o l t a i ceffect ）。直到1883 年，第一个硒制太阳能电池才由美国科学家Charles Fritts 所制造出来。在1930年代，硒制电池及氧化铜电池已经被应用在一些对光线敏感的仪器上，例如光度计及照相机的曝光针上。而现代化的硅制太阳能电池则直到1946 年由一个半导体研究学者Russell Ohl 开发出来。接着在1954年，科学家将硅制太阳能电池的转化效率提高到6% 左右。随后，太阳能电池应用于人造卫星。1973年能源危机之后，人类开始将太阳能电池转向民用。最早应用于计算器和手表等。1974 年，Haynos 等人，利用硅的非等方性（a n i s o t r o p i c）的蚀刻（etching）特性，慢慢的将太阳能电池表面的硅结晶面，蚀刻出许多类似金字塔的特殊几何形状。有效降低太阳光从电池表面反射损失，这使得当时的太阳能电池能源转换效率达到17%。 1976年以后，如何降低太阳能电池成本成为业内关心的重点。1990年以后，电池成本降低使得太阳能电池进入民间发电领域，太阳能电池开始应用于并网发电。世界太阳能电池发展的主要节点： 1839年法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应”，即“光伏效应”。 1876年亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。 1883年制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。 1930年肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。 1931年布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在阳光下启动了一个电动机。1932年奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。 1941年奥尔在硅上发现光伏效应。 1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。 1955年吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。 1957年硅太阳电池效率达8%。 1958年太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。 1959年第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。 1960年硅太阳电池首次实现并网运行。 1962年砷化镓太阳电池光电转换效率达13%。 1969年薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。 1972年罗非斯基研制出紫光电池，效率达16%。 1972年美国宇航公司背场电池问世。 1973年砷化镓太阳电池效率达15%。

太阳能电池材料的发展及应用

太阳能电池材料的发展及应用材料研1203 Z石南起新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。我国高技术 (863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。

双向可控硅的原理,二三极管原理

尽管从形式上可将双向可控硅瞧成两只普通可控硅的组合,但实际上它就是由7只晶体管与多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装,有的还带散热板,外形如图l所示。典型产品有BCMlAM(1A／600V)、 BCM3AM(3A／600V)、2N6075(4A／600V),MAC218-10(8A／800V)等。大功率双向可控硅大多采用RD91型封装。双向可控硅的主要参数见附表。双向可控硅的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件,三个电极分别就是T1、T2、G。因该器件可以双向导通,故除门极G以外的两个电极统称为主端子,用T1、T2。表示,不再划分成阳极或阴极。其特点就是,当G极与T2极相对于T1,的电压均为正时,T2就是阳极,T1就是阴极。反之,当G极与T2 极相对于T1的电压均为负时,T1变成阳极,T2为阴极。双向可控硅的伏安特性见图3,由于正、反向特性曲线具有对称性,所以它可在任何一个方向导通。检测方法下面介绍利用万用表RXl档判定双向可控硅电极的方法,同时还检查触发能力。 1、判定T2极由图2可见,G极与T1极靠近,距T2极较远。因此,G—T1之间的正、反向电阻都很小。在肦Xl档测任意两脚之间的电阻时,只有在G-T1之间呈现低阻,正、反向电阻仅几十欧,而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明,如果测出某脚与其她两脚都不通,就肯定就是T2极。,另外,采用TO—220封装的双向可控硅,T2极通常与小散热板连通,据此亦可确定T2极。 2.区分G极与T1极 (1)找出T2极之后,首先假定剩下两脚中某一脚为Tl极,另一脚为G极。 (2)把黑表笔接T1极,红表笔接T2极,电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2与G 短路,给G极加上负触发信号,电阻值应为十欧左右(参见图4 (a)),证明管子已经导通,导通方向为T1一T2。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T2),若电阻值保持不变,证明管子在触发之后能维持导通状态(见图4(b))。

硅光电池特性测试实验报告

硅光电池特性测试实验报告系别：电子信息工程系班级：光电08305班组长：祝李组员：贺义贵、何江武、占志武实验时间：2010年4月2日指导老师：王凌波 2010.4.6

目录一、实验目的二、实验内容三、实验仪器四、实验原理五、注意事项六、实验步骤七、实验数据及分析八、总结

一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理 2、学习掌握硅光电池的基本特性 3、掌握硅光电池基本特性测试方法 4、了解硅光电池的基本应用二、实验内容 1、硅光电池短路电路测试实验 2、硅光电池开路电压测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 4、硅光电池伏安特性测试实验 5、硅光电池负载特性测试实验 6、硅光电池时间响应测试实验 7、硅光电池光谱特性测试实验设计实验1：硅光电池光控开关电路设计实验设计实验2：简易光照度计设计实验三、实验仪器 1、硅光电池综合实验仪 1个 2、光通路组件 1只 3、光照度计 1台 4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 6、三相电源线 1根 7、实验指导书 1本 8、20M 示波器 1台四、实验原理 1、硅光电池的基本结构目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。零偏反偏正偏图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合

光电池的应用与发展

光电池的应用与发展摘要：光电池是利用光伏效应制成的检测光辐射的器件，主要是利用价带电子在光的照射下产生电动势。光电池也叫太阳能电池，直接把太阳光转变成电。因此光电池的特点是能够把地球从太阳辐射中吸收的大量光能转化换成电能。光电池的种类很多，常用有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。主要用于仪表，自动化遥测和遥控方面。有的光电池可以直接把太阳能转变为电能，这种光电池又叫太阳能电池。太阳能电池作为能源广泛应用在人造地卫星、灯塔、无人气象站等处。随着可持续发展战略在世界范围内的实施，新能源的开发与利用显得尤为重要。在有关光电池的技术走进了我们的生活，因此这对于光电池的应用与发展方向进行的研究具有较为广泛的意义。关键字：光电池；光伏效应；价带电子

目录 1.光电池简介 (3) 1.1光电池的定义 (3) 1.2光电池的种类 (3) 2.光电池的原理 (3) 3.光电池发展历史 (4) 4.光电池的应用与前景 (5) 4.1光电池的应用 (5) 4.1.1光电池的运用范围 (6) 4.1.2光电池家庭化的应用 (6) ①太阳能电话 (6) ②太阳能冰箱 (6) ③太阳能空调器 (7) ④太阳能电视机 (7) 4.1.3光电池的市场与应用 (7) 4.2光电池的前景 (8) 总结 (8) 参考文献 (9)

1.光电池简介 1.1光电池的定义光电池（photovoltaic cell）是利用光伏效应（光电效应的衍生）制成的检测光辐射的器件，是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。可见光电池也是一种光电传感器。光电池广泛用于把太阳能直接转换成电能，亦称太阳能电池。 1.2光电池的种类光电池的种类很多，有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化镉、砷化镓光电池等。其中硅光电池由于其转换效率高、寿命长、价格便宜而应用最为广泛。 2.光电池的原理光电池是一种特殊的半导体二极管，能将可见光转化为直流电。有的光电池还可以将红外光和紫外光转化为直流电。最早的光电池是用掺杂的氧化硅来制作的，掺杂的目的是为了影响电子或空穴的行为。光伏发电是利用半导体pn结（pn junction）的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池(solar cell)。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件（module），再配合上功率控制器等部件就形成了光

三象限双向可控硅原理

Philips Semiconductors

Application Note 三象限双向可控硅 - 给初始产品生产厂带来利益 AN10119 Author Nick Ham Number of pages : 6 Date: 2002 Jan 11 ? 2002 Koninklijke Philips Electronics N.V. All rights are reserved. Reproduction in whole or in part is prohibited without the prior written consent of the copyright owner. The information presented in this document does not form part of any quotation or contract, is believed to be accurate and reliable and may be changed without notice. No liability will be accepted by the publisher for any consequence of its use. Publication thereof does not convey nor imply any license under patent- or other industrial or intellectual property rights.

在日常生活中我们已习惯于使用各种电器和电动工具。我们期待这些电器能可靠运行，使我们的生活更方便，或者更舒适。至于是什么使得这些电器能可靠工作，并且使用方便呢，正是电器的电子功率控制装置。作为很多现代电器的核心，精选的控制器件是简单、可靠，但价格不高的双向可控硅。对于带有电动机或其它电感性、电容性负载的电器，采用三象限（3Q）双向可控硅给生产厂和最终用户都带来好处，因为能节约成本，并改善性能。本文的内容就是说明，三象限（3Q）双向可控硅为什么优于传统的四象限（4Q）双向可控硅。触发象限说明一个3Q 双向可控硅（亦可称之为Hi-Com 双向可控硅）能在三种方式下触发，而4Q 双向可控硅则能在四种方式下触发。其原理及命名说明如下。触发象限有时写作，例如，（T2+，G -），有时用象限1至4表示。后面这种表示法容易和特性曲线的象限相混淆。表1中汇总了各种命名法。表1: 双向可控硅触发象限 — 通用命名法普通写法T2+，G + T2+，G- T2-，G-T2-，G + 简化写法1+ 1- 3- 3+ 通用写法 1 Ⅰ 2 Ⅱ 3 Ⅲ 4 Ⅳ 为什么采用三象限双向可控硅？为了防止假脉冲触发双向可控硅，造成失控导通，引起电机运行不稳定，噪声增大，4Q 双向可控硅的电路中总是包括外加的保护元件。典型电路中，RC 缓冲电路并联在双向可控硅的主端子之间，用来限止电压变化率(dV/dt),有些情况下还需要大容量的电感，以限制切换时的电流变化率(dI com /dt)。这些元件增加电路的成本和尺寸。甚至，还可能降低长期可靠性。选择不佳的缓冲元件能导致破坏性的峰值电流和电流上升率。假如双向可控硅阻断高电压时被触发，或者缓冲电容通过双向可控硅放电过快，这时就可能发生前述问题。缓冲电路由串联的电容和碳质电阻构成，两元件都按电源电压选用。元件的典型数值是0.1μF 及≧100Ω。所用碳质电阻应能承受反复的浪涌电流而不烧毁。缓冲电路元件的选择是为了限制dV COM /dt 或dV D /dt 在一定水平下，确保不触发双向可控硅。在这

太阳能电池板原理(DOC)

随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。一、太阳能电池的物理基础当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。

制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。

硅基太阳能电池的发展及应用

.. 硅基太阳能电池的发展及应用摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。

（图1：太阳能电池的种类）太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。