太陽能LED微型手電筒的設(shè)計(jì)和應(yīng)用前景

吳娟　韓芳芳　呂丹

摘 要：為避免出門在外沒有插座充電的不便和降低使用充電式手電筒帶來的用電隱患，設(shè)計(jì)以太陽能電池作為光源代替充電插頭的便攜式太陽能LED微型手電筒，使其自動(dòng)蓄電，并結(jié)合新型綠色環(huán)保光源LED作為照明燈，可發(fā)出很少熱量的超高強(qiáng)度的光，以達(dá)到安全、高效的效果。

關(guān)鍵詞：太陽能；LED；微型手電筒；太陽能電池

中圖分類號(hào)：TM923.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.111

1 LED光源簡(jiǎn)介

LED光源就是以發(fā)光二極管為發(fā)光體的光源。這種LED燈泡無論在結(jié)構(gòu)上還是在發(fā)光原理上，都與傳統(tǒng)的白熾燈有著本質(zhì)的區(qū)別。與白熾燈相比，LED燈泡有發(fā)光效率高、耗電量少、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠性強(qiáng)、有利于環(huán)保的特點(diǎn)。專家預(yù)測(cè)，在未來5年，LED燈泡將可能成為下一代照明的主流產(chǎn)品。

2 太陽能LED微型手電筒的設(shè)計(jì)

2.1 基本思路

設(shè)計(jì)一種以太陽能電池作為手電筒光源、LED燈作為手電筒照明燈的便攜式微型手電筒，太陽能電池可將光能轉(zhuǎn)換成電能，并將之存儲(chǔ)待用。而LED是由超導(dǎo)發(fā)光晶體發(fā)出的很少熱量的超高強(qiáng)度的光，較之白熾燈不會(huì)浪費(fèi)太多熱量，不會(huì)像熒光燈因消耗高能量而產(chǎn)生有毒氣體，也不會(huì)像霓虹燈要求高電壓而容易損壞，是新一代的高科技環(huán)保光源。

2.2 設(shè)計(jì)原理

2.2.1 多晶硅薄膜太陽能電池

如圖1所示，太陽能電池是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合而成。當(dāng)摻雜的硅晶片受光后，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型半導(dǎo)體中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流，然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。

目前，單晶硅太陽能電池技術(shù)發(fā)展雖已成熟，但由于價(jià)格較高而阻礙了其在低價(jià)市場(chǎng)的發(fā)展。然而，多晶硅薄膜太陽能是多晶體硅通過不完全去除純化過程中的雜質(zhì)，使硅結(jié)晶避免切片造成的浪費(fèi)，既降低了制作成本，又具有光電轉(zhuǎn)換率較高、不會(huì)造成污染的優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2 LED光源

如圖2所示，LED是一種會(huì)發(fā)光的半導(dǎo)體組件，且具有二極管的電子極性。LED的發(fā)光過程包括三部分，分別是正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸，其核心是PN結(jié)。

在PN結(jié)的兩端加上正向偏置電壓（P型的一邊加正電壓）后，空穴和自由電子就會(huì)相互移動(dòng)，形成一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)。隨后新注入的空穴和自由電子再重新復(fù)合，復(fù)合的同時(shí)有時(shí)會(huì)以光子的形式釋放多余能量，這就是我們所見到的LED發(fā)出的光。這

樣的光譜范圍是比較窄的，由于每種材料的禁帶寬度不相同，所以釋放出的光子波長(zhǎng)也不同，因此可使用不同的基本材料改變LED的發(fā)光顏色，以獲得不同色彩的LED燈泡。

2.2.3 以太陽能電池為光源的微型手電筒

根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境和材料特性，采用太陽能電池作為微型手電筒的電源部分安裝于手電筒內(nèi)，并將手電筒外殼做成可拆卸型，當(dāng)手電筒需要充電時(shí)，取下外殼，使其吸收陽光，完成光電轉(zhuǎn)換，將電量蓄在電池內(nèi)待使用。

3 應(yīng)用價(jià)值和推廣前景

如今，太陽能技術(shù)的應(yīng)用已較為成熟。在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正炙手可熱，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是市場(chǎng)大需求趨勢(shì)，例如應(yīng)急燈、手電筒、閃光燈等產(chǎn)品相繼問世，而太陽能LED微型手電筒，可解決電筒充電及安全問題，并用于多種室內(nèi)外場(chǎng)合，既能避免出門在外沒有插座充電的不便，又能消除充電時(shí)產(chǎn)生漏電的隱患。

4 結(jié)束語

根據(jù)研究項(xiàng)目的實(shí)用性、可行性等方面的分析設(shè)計(jì)的以太陽能電池作為手電筒光源、LED燈作為手電筒照明燈的便攜式微型手電筒可自動(dòng)蓄電，具有發(fā)光效率高、耗電量少、使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，因此，其將會(huì)在未來生活中成為各類需求人群的首選。

參考文獻(xiàn)

[1]趙雨，陳東生.太陽能電池技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

[2]黃惠良，蕭錫煉，周明奇，等.太陽能電池制備、開發(fā)、應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

〔編輯：王霞〕

Abstract： In order to avoid charging socket away from home no inconvenience and reduce the use of rechargeable flashlight bring electricity problems， the solar cell as a light source designed to replace the charging plug portable solar LED mini flashlight to automatic storage， combined with the new green light LED as lighting， it can emit light high strength very little heat in order to achieve safe and efficient results.

Key words： solar energy； LED； miniature flashlight； solar cells