太陽能LED微型手電筒的設計和應用前景

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，設計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，使其自動蓄電，并結合新型綠色環保光源LED作為照明燈，可發出很少熱量的超高強度的光，以達到安全、高效的效果。

關鍵詞：太陽能；LED；微型手電筒；太陽能電池

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.111

1 LED光源簡介

LED光源就是以發光二極管為發光體的光源。這種LED燈泡無論在結構上還是在發光原理上，都與傳統的白熾燈有著本質的區別。與白熾燈相比，LED燈泡有發光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強、有利于環保的特點。專家預測，在未來5年，LED燈泡將可能成為下一代照明的主流產品。

2 太陽能LED微型手電筒的設計

2.1 基本思路

設計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換成電能，并將之存儲待用。而LED是由超導發光晶體發出的很少熱量的超高強度的光，較之白熾燈不會浪費太多熱量，不會像熒光燈因消耗高能量而產生有毒氣體，也不會像霓虹燈要求高電壓而容易損壞，是新一代的高科技環保光源。

2.2 設計原理

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型半導體和N型半導體結合而成。當摻雜的硅晶片受光后，N型半導體的空穴往P型區移動，而P型半導體中的電子往N型區移動，從而形成從N型區到P型區的電流，然后在PN結中形成電勢差，這就形成了電源。

目前，單晶硅太陽能電池技術發展雖已成熟，但由于價格較高而阻礙了其在低價市場的發展。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，使硅結晶避免切片造成的浪費，既降低了制作成本，又具有光電轉換率較高、不會造成污染的優點。

2.2.2 LED光源

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

在PN結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相互移動，形成一個內電場。隨后新注入的空穴和自由電子再重新復合，復合的同時有時會以光子的形式釋放多余能量，這就是我們所見到的LED發出的光。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也不同，因此可使用不同的基本材料改變LED的發光顏色，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

根據實際工作環境和材料特性，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，并將手電筒外殼做成可拆卸型，當手電筒需要充電時，取下外殼，使其吸收陽光，完成光電轉換，將電量蓄在電池內待使用。

3 應用價值和推廣前景

如今，太陽能技術的應用已較為成熟。在照明領域，LED發光產品的應用正炙手可熱，LED作為一種新型的綠色光源產品，必然是市場大需求趨勢，例如應急燈、手電筒、閃光燈等產品相繼問世，而太陽能LED微型手電筒，可解決電筒充電及安全問題，并用于多種室內外場合，既能避免出門在外沒有插座充電的不便，又能消除充電時產生漏電的隱患。

4 結束語

根據研究項目的實用性、可行性等方面的分析設計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蓄電，具有發光效率高、耗電量少、使用壽命長、綠色環保等特點，因此，其將會在未來生活中成為各類需求人群的首選。

參考文獻

[1]趙雨，陳東生.太陽能電池技術及應用[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[2]黃惠良，蕭錫煉，周明奇，等.太陽能電池制備、開發、應用[M].北京：科學出版社，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