光電池的應(yīng)用與新技術(shù)

　　摘 要： 光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的光伏器件或稱換能器件，也是一種將變化的光信號直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)變化的電信號的光電轉(zhuǎn)換器件。本文主要介紹了光電池的主要應(yīng)用電路和工作原理。
　　關(guān)鍵詞： 光電池 PN結(jié) 應(yīng)用
　　
　　隨著科技日新月異地發(fā)展，光電池在人們的生產(chǎn)生活中產(chǎn)生了越來越重要的作用。光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它可把太陽能直接變電能，也稱為太陽能電池。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢，是發(fā)電式有源元件。
　　1.光電池概述
　　1.1光電池的分類
　　光電池按照材料分為：硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。硅光電池價格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，適于接受紅外光。硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低、壽命短，適于接收可見光，最適宜制造照度計。砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽光譜最吻合，主要應(yīng)用于宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測器等電源方面。
　　1.2硅光電池的工作原理
　　硅光電池是目前的主要研究方向。它是在一塊N型硅片上用擴散的辦法摻入一些P型雜質(zhì)（如硼）形成PN結(jié)。當(dāng)足夠的光照到PN結(jié)區(qū)時，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子—空穴對，在N區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)電位差。電路中有電流流過，電流的方向由P區(qū)流至N區(qū)。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。
　　2.光電池的應(yīng)用
　　光電池主要有兩方面的應(yīng)用：（一）太陽能電池，光伏作用直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，太陽能電池目前在航空、通信、太陽能發(fā)電站等方面得到應(yīng)用。例如現(xiàn)在普遍使用的太陽能熱水器，正是利用太陽能，把太陽能裝換成電能而加熱水。隨著太陽能電池技術(shù)的不斷發(fā)展，其成本會逐漸下降，在生產(chǎn)生活各領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越大的作用。（二）光電轉(zhuǎn)換器件，要求光電池具有靈敏度高、響應(yīng)時間短的特點，有特殊的制造工藝，用于光電檢測和自動控制系統(tǒng)中。
　　2.1太陽能電池電源
　　2.1.1太陽能電池的發(fā)電方式
　　太陽電池電源系統(tǒng)主要由太陽電池方陣、蓄電池組、調(diào)節(jié)控制和阻塞二極管組成。太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程。光—電直接轉(zhuǎn)換方式，該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。
　　2.1.2太陽電池電源系統(tǒng)框圖
　　太陽能電池電源系統(tǒng)
　　2.2光電池在光電檢測和自動控制方面的應(yīng)用
　　2.2.1光電池在光電檢測和自動控制的工作原理
　　光電池作為光電探測使用時，其基本原理與光敏二極管相同：當(dāng)光不照射時，光電池處于截止?fàn)顟B(tài)；受光照射時，PN結(jié)吸收其能量而產(chǎn)生電子—空穴對，從而使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，并形成了光電流。由于光電池工作時不需要外加電壓，光電轉(zhuǎn)換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低，它已廣泛地用于光電耦合、光柵測距、激光準(zhǔn)直、電影還音、紫外光監(jiān)視等方面。
　　2.2.2光電池的三種基本應(yīng)用電路
　　2.2.2.1光電池構(gòu)成的光電跟蹤電路，用兩只性能相似的同類光電池作為光電接收器件。當(dāng)入射光通量相同時，執(zhí)行機構(gòu)按預(yù)定的方式工作或進行跟蹤。當(dāng)系統(tǒng)略有偏差時，電路輸出差動信號帶動執(zhí)行機構(gòu)進行糾正，以此達(dá)到跟蹤的目的。電路圖如下：
　　2.2.2.2光電開關(guān)多用于自動控制系統(tǒng)中。無光照時，系統(tǒng)處于某一工作狀態(tài)，如通態(tài)或斷態(tài)。當(dāng)光電池受光照射時，產(chǎn)生較高的電動勢，只要光強大于某一設(shè)定的閾值，系統(tǒng)就改變工作狀態(tài)，達(dá)到開關(guān)目的。電路圖如下：
　　2.2.2.3光電池放大電路。在測量溶液濃度、物體色度、紙張的灰度等場合，可用該電路作前置級，把微弱光電信號進行線性放大，然后帶動指示機構(gòu)或二次儀表進行讀數(shù)或記錄。在實際應(yīng)用中，主要利用光電池的光照特性、光譜特性、頻率特性和溫度特性等，通過基本電路與其他電子線路的組合可實現(xiàn)或自動控制的目的。電路圖如下：
　　
　　參考文獻：
　?。?］靳瑞敏.太陽能電池生產(chǎn)配方技術(shù)、太陽能蓄電池生產(chǎn)制造工藝及原理.北京大學(xué)出版社，2011.12.20.
　?。?］鄭家恒.智能信息處理.科學(xué)出版社，2010.10.1.