太阳能半导体照明系统的特性概述

近年来，全球能源危机日益加剧，传统能源不能满足世界经济发展的需要。太阳能作为一种重要的可再生绿色能源，受到世界各国的青睐。太阳能半导体照明系统集成了半导体和太阳能资源的优势，有效提高了照明效率和绿色节能。在实际应用中，应加强对太阳能半导体照明系统的分析和研究，充分发挥太阳能半导体照明系统的优势。

太阳能半导体器件的特性概述

太阳能半导体主要由光学系统、电极、PN晶片的发光体面积约为0.025平方毫米，整个发光过程经历三个阶段：在正偏压条件下注入载流子；光能传输；复合辐射。半导体晶片包装在环氧树脂中。当电子通过晶片时，带正电子和带负电子在空穴区复合。空穴和电子消失产生光子。光子能量与空穴和电子之间的带间隙成正比，根据可见光频谱分析，红光和橙光的光能最少，紫光和蓝光的光能最多。

随着包装技术和材料技术的快速发展，绿色led光效约50lm/W，橙色和红色LED光效100lm/W，LED其应用范围越来越广泛，特别是在户外照明系统中。LED所有可见光，特别是超高亮度白光，都实现了色度LED促进了照明光源的快速发展。

一般情况下，光强1cd是高亮度LED和普通LED的分界点，GalnAs、AIlnGaP和A1GaAs材料主要用于加工高亮度LED，高亮度红光LED采用A1GaAs高亮度黄绿色、黄色、橙色和红色LED采用AIlnGaP，高亮度紫、蓝和深绿LED采用GalnAs。

LED 半导体发光效率高，卤钨灯和白炽灯12~20流明/瓦，90高压钠~130流明/瓦，荧光灯50~60流明/瓦，光谱窄，单色性好，无需过滤即可发出有色可见光。LED是一种全固体发光体，耐冲击、耐震、无污染，可开发成小型轻型照明产品，便于维护和安装。LED光源启动时间短，气体放电光源的特性在很大程度上决定了启动时间。这种环氧包装的半导体光源不含灯丝、玻璃等易损件，能承受冲击和振动。

设计太阳能半导体照明系统

(1)系统组成

太阳能半导体照明系统由半导体照明负载、控制器、电池和太阳能电池组成。备用电源设置在基本结构框架中。即使长时间连续下雨，半导体照明负载也可以由备用电源连续供电，以确保太阳能半导体照明系统在电池不能及时供电时安全稳定运行。

当太阳能半导体照明系统运行时，太阳辐射可以通过太阳能电池转化为电能。太阳辐射强度和温度直接影响太阳能电池的输出功率。当辐射强度较弱、温度较低时，电池输出功率不能始终保持稳定，因此必须在太阳辐射强度较大的时间段通过电池及时储存电能，以便在照明系统运行过程中可靠稳定地向半导体照明系统供电。

控制器是太阳能半导体照明系统的核心。科学管理电池充放电过程，有效控制照明系统的工作状态，使太阳能半导体照明系统在不同工作状态下顺利运行。

(2)转换过程

半导体材料是太阳能电池的重要结构材料，其最重要的特点是光伏效应，P-N结太阳能半导体等效电路，如所示，经过以下三个转换阶段，半导体接收太阳能辐射后发生光伏效应。

1)产生电子对。在绝对零度状态下，半导体内部形成介电子带，导带不含电子。在正常情况下，半导体可视为绝缘体，不显示导电性。当太阳能辐射到半导体时，禁带宽度远小于光子能量。半导体会迅速吸收这种光。如果半导体晶格吸收更多的太阳能辐射，它可以脱离电子对半导体晶格的约束，产生大量的自由电子，形成空穴。因此，为了将半导体晶格约束电子转换为大量自由电子，例如，硅禁带的宽度应小于光子能量。.15ev，在半导体禁带宽度与入射光能一致的条件下，光吸收效率高，可产生大量空穴电子对。但是，当一些光子被半导体晶格吸收时，会失去一些能量，导致发光效率下降；

2）空穴电子分离。当太阳能半导体照明系统周围没有电场时，大量光刺激的空穴电子对均匀分布在半导体中。由于外部电路没有电流流过，因此需要在太阳能半导体中以某种方式产生势垒，以确保刺激的空穴 电子分离，持续向照明系统外电路供电。P-N结主要用于实现这种势垒，P-N空穴电子分离的作用有限，如果没有外部电路，分离后的电子聚集在一起P、N两层中，P-N结正，逐渐向电位势垒降低方向偏转，分离停止后恢复正常状态。P-N结间电压称为开路电压，照射光与短路电流成正比；

3）载流子移动。空穴电子不一定在光能辐射条件下完全分离。分离数和产生数的比例称为收集效率，在电荷浓度梯度和电场偏移效应的作用下移动。通常，如果载流子寿命比过长，载流子有自动恢复平衡的倾向P-N结电子移动时间短，P-N 结位集效率有决定性的影响，空穴移动到P层，当电子移动到N层时，正负电荷分别集中在半导体梁上，用导线连接两端，产生电流。

结束语

近年来，太阳能半导体照明系统快速发展，被广泛的应用在各个照明领域，结合太阳能半导体器件应用特性，在未来发展过程中进一步优化和完善半导体照明系统，不断提高其发光效率。