光電池的應用與新技術

　　摘 要： 光電池是一種直接將光能轉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換成相應變化的電信號的光電轉換器件。本文主要介紹了光電池的主要應用電路和工作原理。
　　關鍵詞： 光電池 PN結 應用
　　
　　隨著科技日新月異地發展，光電池在人們的生產生活中產生了越來越重要的作用。光電池是利用光生伏特效應把光直接轉變成電能的器件。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，當光照射在PN結上時，在結的兩端出現電動勢，是發電式有源元件。
　　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，轉換效率高，壽命長，適于接受紅外光。硒光電池光電轉換效率低、壽命短，適于接收可見光，最適宜制造照度計。砷化鎵光電池轉換效率比硅光電池稍高，光譜響應特性則與太陽光譜最吻合，主要應用于宇宙飛船、衛星、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（如硼）形成PN結。當足夠的光照到PN結區時，將在結區附近激發出電子—空穴對，在N區和P區之間出現電位差。電路中有電流流過，電流的方向由P區流至N區。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。
　　2.光電池的應用
　　光電池主要有兩方面的應用：（一）太陽能電池，光伏作用直接將太陽能轉換成電能，太陽能電池目前在航空、通信、太陽能發電站等方面得到應用。例如現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的不斷發展，其成本會逐漸下降，在生產生活各領域將發揮越來越大的作用。（二）光電轉換器件，要求光電池具有靈敏度高、響應時間短的特點，有特殊的制造工藝，用于光電檢測和自動控制系統中。
　　2.1太陽能電池電源
　　2.1.1太陽能電池的發電方式
　　太陽電池電源系統主要由太陽電池方陣、蓄電池組、調節控制和阻塞二極管組成。太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；后一個過程是熱—電轉換過程。光—電直接轉換方式，該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。
　　2.1.2太陽電池電源系統框圖
　　太陽能電池電源系統
　　2.2光電池在光電檢測和自動控制方面的應用
　　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：當光不照射時，光電池處于截止狀態；受光照射時，PN結吸收其能量而產生電子—空穴對，從而使P區和N區的少數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、激光準直、電影還音、紫外光監視等方面。
　　2.2.2光電池的三種基本應用電路
　　2.2.2.1光電池構成的光電跟蹤電路，用兩只性能相似的同類光電池作為光電接收器件。當入射光通量相同時，執行機構按預定的方式工作或進行跟蹤。當系統略有偏差時，電路輸出差動信號帶動執行機構進行糾正，以此達到跟蹤的目的。電路圖如下：
　　2.2.2.2光電開關多用于自動控制系統中。無光照時，系統處于某一工作狀態，如通態或斷態。當光電池受光照射時，產生較高的電動勢，只要光強大于某一設定的閾值，系統就改變工作狀態，達到開關目的。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，然后帶動指示機構或二次儀表進行讀數或記錄。在實際應用中，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或自動控制的目的。電路圖如下：
　　
　　參考文獻：
　　［1］靳瑞敏.太陽能電池生產配方技術、太陽能蓄電池生產制造工藝及原理.北京大學出版社，2011.12.20.
　　［2］鄭家恒.智能信息處理.科學出版社，2010.10.1.