太陽能半導體照明係統的特性概述

近年來，全球能源危機日益加劇，傳統能源不能滿足世界經濟發展的需要。太陽能作為一種重要的可再生綠色能源，受到世界各國的青睞。太陽能半導體照明係統集成了半導體和太陽能資源的優勢，有效提高了照明效率和綠色節能。在實際應用中，應加強對太陽能半導體照明係統的分析和研究，充分發揮太陽能半導體照明係統的優勢。

太陽能半導體器件的特性概述

太陽能半導體主要由光學係統、電極、PN晶片的發光體麵積約為0.025平方毫米，整個發光過程經曆三個階段：在正偏壓條件下注入載流子；光能傳輸；複合輻射。半導體晶片包裝在環氧樹脂中。當電子通過晶片時，帶正電子和帶負電子在空穴區複合。空穴和電子消失產生光子。光子能量與空穴和電子之間的帶間隙成正比，根據可見光頻譜分析，紅光和橙光的光能最少，紫光和藍光的光能最多。

隨著包裝技術和材料技術的快速發展，綠色led光效約50lm/W，橙色和紅色LED光效100lm/W，LED其應用範圍越來越廣泛，特別是在戶外照明係統中。LED所有可見光，特別是超高亮度白光，都實現了色度LED促進了照明光源的快速發展。

一般情況下，光強1cd是高亮度LED和普通LED的分界點，GalnAs、AIlnGaP和A1GaAs材料主要用於加工高亮度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、藍和深綠LED采用GalnAs。

LED 半導體發光效率高，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，無需過濾即可發出有色可見光。LED是一種全固體發光體，耐衝擊、耐震、無汙染，可開發成小型輕型照明產品，便於維護和安裝。LED光源啟動時間短，氣體放電光源的特性在很大程度上決定了啟動時間。這種環氧包裝的半導體光源不含燈絲、玻璃等易損件，能承受衝擊和振動。

設計太陽能半導體照明係統

(1)係統組成

太陽能半導體照明係統由半導體照明負載、控製器、電池和太陽能電池組成。備用電源設置在基本結構框架中。即使長時間連續下雨，半導體照明負載也可以由備用電源連續供電，以確保太陽能半導體照明係統在電池不能及時供電時安全穩定運行。

當太陽能半導體照明係統運行時，太陽輻射可以通過太陽能電池轉化為電能。太陽輻射強度和溫度直接影響太陽能電池的輸出功率。當輻射強度較弱、溫度較低時，電池輸出功率不能始終保持穩定，因此必須在太陽輻射強度較大的時間段通過電池及時儲存電能，以便在照明係統運行過程中可靠穩定地向半導體照明係統供電。

控製器是太陽能半導體照明係統的核心。科學管理電池充放電過程，有效控製照明係統的工作狀態，使太陽能半導體照明係統在不同工作狀態下順利運行。

(2)轉換過程

半導體材料是太陽能電池的重要結構材料，其最重要的特點是光伏效應，P-N結太陽能半導體等效電路，如所示，經過以下三個轉換階段，半導體接收太陽能輻射後發生光伏效應。

1)產生電子對。在絕對零度狀態下，半導體內部形成介電子帶，導帶不含電子。在正常情況下，半導體可視為絕緣體，不顯示導電性。當太陽能輻射到半導體時，禁帶寬度遠小於光子能量。半導體會迅速吸收這種光。如果半導體晶格吸收更多的太陽能輻射，它可以脫離電子對半導體晶格的約束，產生大量的自由電子，形成空穴。因此，為了將半導體晶格約束電子轉換為大量自由電子，例如，矽禁帶的寬度應小於光子能量。.15ev，在半導體禁帶寬度與入射光能一致的條件下，光吸收效率高，可產生大量空穴電子對。但是，當一些光子被半導體晶格吸收時，會失去一些能量，導致發光效率下降；

2）空穴電子分離。當太陽能半導體照明係統周圍沒有電場時，大量光刺激的空穴電子對均勻分布在半導體中。由於外部電路沒有電流流過，因此需要在太陽能半導體中以某種方式產生勢壘，以確保刺激的空穴 電子分離，持續向照明係統外電路供電。P-N結主要用於實現這種勢壘，P-N空穴電子分離的作用有限，如果沒有外部電路，分離後的電子聚集在一起P、N兩層中，P-N結正，逐漸向電位勢壘降低方向偏轉，分離停止後恢複正常狀態。P-N結間電壓稱為開路電壓，照射光與短路電流成正比；

3）載流子移動。空穴電子不一定在光能輻射條件下完全分離。分離數和產生數的比例稱為收集效率，在電荷濃度梯度和電場偏移效應的作用下移動。通常，如果載流子壽命比過長，載流子有自動恢複平衡的傾向P-N結電子移動時間短，P-N 結位集效率有決定性的影響，空穴移動到P層，當電子移動到N層時，正負電荷分別集中在半導體梁上，用導線連接兩端，產生電流。

結束語

近年來，太陽能半導體照明係統快速發展，被廣泛的應用在各個照明領域，結合太陽能半導體器件應用特性，在未來發展過程中進一步優化和完善半導體照明係統，不斷提高其發光效率。