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1、 第 1 页 共 4 页 物理与电子工程学院 20112012学年第一学期 传感器原理与应用选修课课题论文 专业 电子信息 班级 电子 08-10 成绩评定 姓名 序号 姓名（合作）序号 光电池的应用与发展 摘 要：光电池是利用光伏效应制成的检测光辐射的器件，主要是利用价带电子在光的照射下产生电动势。随着可持续发展战略在世界范围内的实施，新能源的开发与利用显得尤为重要。在有关光电池的技术走进了我们的生活，因此这对于光电池的应用与发展方向进行的研究具有较为广泛的意义。关键字：光电池；光伏效应；价带电子 第 2 页 共 4 页 一、光电池的定义 光电池是利用光伏效应制成的检测光辐射的器件,是一种在
2、光的照射下产生电动势的半导体元件,它广泛用于把太阳能直接转换成电能,亦称太阳能电池1。二、光电池的原理 光电池可利用的电子主要是价带电子。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程决定的光的吸收称为本征或固有吸收2。当太阳光（或其他光）照射到太阳电池上时，电池吸收光能，能量大于禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入硅中，激发出光生电子孔穴对，并立即被内建电场分离，光生电子被送进 n区，光生孔穴则被推进 p 区，这样在内建电场的作用下，光生电子-孔穴对被分离，在光电池两端出现异号电荷的积累，即产生了“光生电压”，这就是“光生伏特效应”（简称光伏）3。在内建电场的两侧引出电极并接上负载，在负载中就有“光生电
3、流”流过，从而获得功率输出。三、光电池的应用范围 光电池的种类有很多，如硒光电池，氧化亚铜光电池，硫化铊光电池等。其中最受重视的是硅光电池，因为它有一系列的优点，例如性能稳定、光谱范围快、频率特性好、换能效率高，因而应用在不少测量仪器上。目前，光电池产品主要用于五大系统：（1）小型太阳能供电系统（Small DC）该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小，整个系统 第 3 页 共 4 页 结构简单，操作简便。如在我国的西北地区大面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流节能灯、家用电器等，用来解决无电地区家庭的基本照明和供电问题。（2）简单直流系统（Simple DC）该系统的特点
4、是系统中负载为直流负载，而且负载的使用时间没有特别要求，负载主要是在白天使用，系统中没有蓄电池，也不需要控制器，整个系统结构简单，直接使用太阳能电池阵列给负载供电，光伏发电的整体效率较高，唯一的缺点就是在无光照的情况下不能工作。如光伏水泵就使用了这种类型的光伏系统。（3）大型太阳能供电系统（Large DC）该系统的特点是系统中用电器也是直流负载，但负载功率比较大，整个系统的规模也比较大，需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。常应用于通信、遥测、监测设备电源，农村集中供电站，航标灯塔、路灯等领域。如在我国的西部地区部分乡村光伏电站使用了这种类型的光伏系统，中国移动和中国联通公司在偏僻无
5、电地区的通信基站等。（4）交流、直流供电系统（AC/DC）该系统的特点是系统中同时含有直流负载和交流负载，整个系统结构比较复杂，整个系统的规模也比较大，同样需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。如在一些同时具有交流和直流负载的通信基站或其他一些含有交流和直流负载的光伏电站中使用了这种类型的光伏系统。如现在部分地区出现的小型发电厂就是利用这种系统发电。（5）并网系统（Utility Grid Connect）这种系统的最大特点是光电池阵列转换产生的直流电经过三相逆变器（DC/AC）转换成为符合公共电网要求的交流电并直接并入公共电网，供公共电网用电设备使用和远程调配。这种系统中所用的逆变器
6、必需是专用的并网逆变器，以保证逆变器输出的电力满足公共电网的电压、频率和相位等性能指标的要求4。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能电池阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率；而在夜晚或阴雨天气，本地交流负载的供电可以从公共电网获得。这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过，2008年北京奥运会部分用电就是由光电池发电和风力发电提供。四、光电池的发展前景 在 1954年，美国贝尔实验室研制出世界上第一块光电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章，之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是 第 4 页 共 4 页 70 年代爆发的世界性的石油危机有力地促进了光电池的
7、开发利用。随着可持续发展战略在世界范围内的实施，太阳能光电池的开发利用又被推到新高度。21 世纪初至中叶将是光电池开发利用技术的重要发展时期。世界范围内的能源问题、环境问题的最终解决将依靠可再生洁净能源,特别是太阳能的开发利用。随着人类航天技术以及微波输电技术的进一步发展，空间太阳能电站的设想可望得到实现。由于光电池不受天气、气候条件的制约，其发展显示出美好的前景，是人类大规模利用太阳能的另一条有效途径。而近期的光伏技术的发展将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜光电池和各种新型光电池的发展。如前所述，晶体硅光电池具有转换效率高、性能稳定、商业化程度高等优点，但也存在硅材料紧缺、制造成本高等问题。而薄膜太阳能电池以及各种新硅光能电池都具有生产材料廉价、生产成本低等特点，随着研发投入的加大，必将促使光电池的技术与应用获得突破。正如专家断言，只要有一两种新型电池取得突破，就会使这种新型能源的局面得到极大的改善。参考文献：1童心新编小学生自然词语词典 M北京：中国和平出版社，2010 2杨永才光电信息技术M上海：东华大学出版社，2010 3王齐乐太阳能光伏技术M浙江：浙江科技出版社，2009 4 生意社EB/OL.http:/:2008