近年來，全球能源危機日益加劇，常規能源已經無法滿足世界經濟發展的需求，太陽能作為一種重要的可再生綠色能源受到世界各國的青睞。太陽能半導體照明系統集成了半導體和太陽能資源的優勢，有效提高了照明效率和綠色節能性，在實際應用中應加大對太陽能半導體照明系統的分析研究，充分發揮太陽能半導體照明系統優勢。

太陽能半導體器件特性概述

太陽能半導體主要由光學系統、電極、PN結芯片等組成，晶片發光體面積約0.025平方毫米，整個發光過程經歷三個階段：在正向偏壓條件下注入載流子；光能傳輸；復合輻射。在環氧樹脂物中封裝半導體晶片，電子流過晶片時，帶正電的電子和帶負電的電子在空穴區域復合，空穴和電子消失產生光子，光子能量與空穴、電子之間的帶隙成正比，光顏色和光子能量相對應，根據可見光頻譜分析，紅色光和桔色光的光能量最少，紫色光和藍色光的光能量最多。

隨著封裝技術、材料技術的快速發展，綠色LED光效約50lm/W，橙色和紅色LED光效100lm/W，LED的全色化、超高亮度和高效化特點，其應用范圍越來越廣泛，特別是在戶外照明系統中應用效果較好。LED在色度方面實現了所有的可見光，尤其是超高亮度白光LED的涌現，推動了照明光源的快速發展。

一般情況下，光強1cd是高亮度LED和普通LED的分界點，GalnAs、AIlnGaP和A1GaAs材料主要用于加工高亮度LED，其中高亮度紅光LED采用A1GaAs材料，高亮度黃綠、黃、橙和紅LED采用AIlnGaP，高亮度紫、藍和深綠LED采用GalnAs。

LED 半導體的發光效率較高，鹵鎢燈、白熾燈的光效為12~20流明/瓦，高壓鈉90~130流明/瓦，熒光燈50~60流明/瓦，并且光譜窄、單色性好，不需要經過過濾就可發出有色可見光。同時，LED是一種全固體發光體，耐沖擊、耐震不容易破碎，無污染，可開發為小型輕薄的照明產品，方便維護檢修和安裝。并且LED光源的啟動時間較短，氣體放電光源的特性在很大程度上決定了啟動時間，這種采用環氧封裝的半導體光源，內部不含有燈絲、玻璃等容易損壞的元器件，可經得起沖擊和震動。

太陽能半導體照明系統設計

（1）系統組成

太陽能半導體照明系統由半導體照明負載、控制器、蓄電池和太陽能電池等組成，在基本結構框架中設置備用電源，通過備用電源，即使長時間連續下雨，半導體照明負載由備用電源也可以持續進行供電，確保在蓄電池不能及時供電時太陽能半導體照明系統也能安全、穩定運行。

太陽能半導體照明系統運行時，太陽輻射能通過太陽能電池轉換為電能，太陽輻射強度和溫度對于太陽能電池輸出功率有著直接的影響，當輻射強度較弱、溫度偏低時，電池輸出功率無法始終保持穩定性，因此必須在太陽輻射強度較大的時間段通過蓄電池及時存儲電能，便于在照明系統運行過程中可靠、穩定地向半導體照明系統供電。

控制器是太陽能半導體照明系統的核心，通過控制器科學管理蓄電池充放電過程，有效控制照明系統工作狀態，使太陽能半導體照明系統在不同工作狀態下平穩運行。

（2）轉換過程

半導體材料是太陽能電池的重要結構材料，其最重要的特性就是光伏效應，P-N結太陽能半導體等效電路圖，如圖所示，半導體接收太陽能輻射后發生光伏效應，經過以下三個轉換階段。

1）產生電子對。半導體在絕對零度狀態下，其內部形成介電子帶，導帶上不含有電子，正常狀態下，半導體可看作是絕緣體，不顯示導電性。當太陽能輻射到半導體時，禁帶寬度比光子能量小很多，半導體會快速吸收這種光，若半導體晶格對太陽能輻射量吸收較多，這時可脫離電子對半導體晶格的約束，產生大量自由電子，形成空穴。因此為了使半導體晶格約束電子轉換為大量自由電子，半導體禁帶寬度應小于光子能量，例如，硅禁帶寬度為1.15ev，半導體禁帶寬度和入射光能保持一致的條件下，光吸收效率較高，可產生大量空穴—電子對，然而當比攜帶能量大的光子射入半導體時，由于一部分光子被半導體晶格吸收，會損失一部分能量，造成發光效率下降。

2）空穴—電子對分離。當太陽能半導體照明系統周圍沒有電場時，半導體中均勻的分布著大量光激發的空穴—電子對，由于外電路沒有電流流過，需要利用某種方式在太陽能半導體中產生勢壘，確保激發的空穴 —電子對分開，持續的向照明系統外電路進行供電。通常情況下，P-N結主要用于實現這種勢壘，P-N結對于空穴—電子分離發揮的作用是有限的，若沒有設置外部電路，分離后的電子聚集在P、N兩層中，P-N結正向，逐漸朝著電位勢壘降低方向發生偏轉，分離停止后，恢復到正常狀態。P-N結之間電壓稱為開路電壓，照射光量和短路電流成正比。

3）載流子移動。空穴—電子對在光能輻射條件下不一定全部分離開來，分離數目和產生數目的比值稱為收集效率，在電荷濃度梯度和電場偏移效應作用下發生移動。通常情況下，載流子具有自動恢復平衡狀態的傾向，若過剩載流子壽命比P-N結電子移動時間短，P-N 結位置和過剩載流子壽命對于收集效率有著決定性影響，空穴移動到P層，電子移動到N層，正電荷和負電荷分別集中在半導體梁，使用導線連接這兩端，可產生電流。

結束語

近年來，太陽能半導體照明系統快速發展，被廣泛的應用在各個照明領域，結合太陽能半導體器件應用特性，在未來發展過程中進一步優化和完善半導體照明系統，不斷提高其發光效率。