半导体材料发展前景范文
时间：2023-11-01 17:43:58
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篇1
关键词：电子科学技术；半导体材料；特征尺寸；发展；趋势
1 对现阶段我国电子科学技术发展进程向前推进的过程中所使用到的半导体材料进行分析
1.1 元素类半导体材料在我国电子科学技术发展初级阶段得到了较为广泛的应用
作为出现最早并且得到了最为广泛的应用的第一代半导体材料，锗、硅是其中典型性相对来说比较强的元素半导体材料，第一代半导体材料硅因为存储量相对来说比较大、工艺也相对来说比较成熟，成为了现阶段我国所生产出来的半导体设备中得到了最为广泛的应用，锗元素是发现时间最早的一种半导体材料。在我国电子科学技术发展初级阶段因其本身所具有的活泼，容易和半导体设备中所需要使用到的介电材料发生氧化还原反应从而形成GEO，使半导体设备的性能受到一定程度的影响，致使人们在使用半导体设备的过程中出现各个层面相关问题的几率是相对来说比较高的，并且锗这种元素的产量相对于硅元素来说是比较少的，因此在我国电子科学技术发展初级阶段对锗这种半导体材料的研究力度是相对来说比较小的。但是在上个世纪八十年代的时候，锗这种半导体材料在红外光学领域得到了较为广泛的应用，并且发展速度是相对来说比较快的，在此之后，GE这种半导体材料在太阳能电池这个领域中也得到了较为广泛的应用。
1.2 对现阶段我国电子科学技术发展进程向前推进的过程中所使用到大化合物半导体材料进行分析
现阶段我国电子科学技术发展进程向前推进的过程中所使用到的化合物半导体一般情况下是可以分为第III和第V族化合物（例如在那个时期半导体设备中所经常使用到的半导体材料GaAs Gap以及石墨烯等等），第II和第VI族化合物（例如在半导体设备中所经常使用到的硫化镉以及硫化锌等等）、经过了一定程度的氧化反应后的化合物（Mn、Cu等相关元素经过了一定程度的氧化反应后形成的化合物）。在上文中所叙述的一些材料一般情况下都是属于固态晶体半导体材料所包含的范畴之内的，现阶段我国电子科学技术发展进程向前推进的过程中研发出来的有机半导体与玻璃半导体等非晶体状态的材料也逐渐成为了半导体设备中所经常使用到的一种材料。
2 对现阶段我国电子科学技术发展进程向前推进的过程中半导体材料使用阶段发生变化的进行分析
在现阶段我国半导体设备中所经常使用到的半导体材料硅遵循着摩尔定律所提出的要求发展进程不断的向前推进，现阶段我国半导体设备中所使用到的硅的集成度已经逐渐接近了极限范围，现阶段我国所研发出来的晶体管逐步向着10nm甚至7nm的特征尺寸逼近。但是因为硅材料本身在禁带宽度、空穴迁移率等各个方面存在一定程度的问题，难以满足现阶段我国科学技术发展进程向前推进的过程中对半导体材料所提出的要求，在10nm这个节点范围之中，GE/SIGE材料或许是可以代替硅材料成为半导体设备所需要使用到的主要材料的。在2015年的时候，IBM实验室在和桑心以及纽约州立大学纳米理工学院进行一定程度的相互合作之后推出了实际范围内首个7nm原型芯片，这一款芯片中所使用到的材料都是被人们称作黑科技的“锗硅”材料，取代了原本高纯度硅元素在半导体材料中所占据的主导地位。
3 对现阶段新兴半导体材料的发展趋势进行分析
因为在经济发展进程向前推进的背景之下，人们对半导体设备的性能所提出的要求也在不断的提升，人们对半导体设备中所需要使用到的半导体材料在集成度、能耗水平以及成本等各个方面提出的要求到达了新的高度。现阶段，第三代半导体材料已经之间的成为了半导体设备中使用到的主要材料之一，作为在第三代半导体材料中典型性相对来说比较强的材料：GaN、SIC以及zno等各种类型的材料在现阶段发展进程向前推进的速度都是相对来说比较快的。
4 对现阶段碳化硅这种材料的发展和在各个领域中得到的应用进行分析
碳化硅是一种典型性相对来说比较高的在碳基化合物所包含的范围之内的半导体材料，其本身所具有的导热性能相对于其它类型的半导体材料来说稳定性是相对来说比较强的，所以在某些对散热性要求相对来说比较高的领域中得到了较为广泛的应用，现阶段碳化硅这种半导体材料在太阳能电池、发电传输以及卫星通信等各个领域中得到了比较深入的应用，在此之外，碳化硅这种半导体材料在军工行业中所得到的应用也是相对来说比较深入的，在某些国防建设相关工作进行的过程中都使用到的了大量的碳化硅。因为和碳化硅这种材料相关的产业的数量是相对来说比较少的，现阶段我国碳化硅行业发展进程向前推进的速度是相对来说比较缓慢的，但是现阶段我国经济发展进程向前推进的过程中所重视的向着环境保护型的方向转变，碳化硅材料能够满足这一要求，所以我国政府有关部门对碳化硅这一种创新型的半导体材料越发的重视了，随着半导体行业整体发展进程不断的向前推进，在不久的将来我国碳化硅行业的的发展一定会取得相对来说比较显著的成果的。
5 对现阶段我国所研发出来的创新型半导体材料氧化锌的发展趋势进行分析
作为一种创新型的半导体材料，氧化锌在光学材料以及传感器等各个领域中得到了较为广泛的应用，因为这种创新型的半导体材料具有反应速度相对来说比较快、集成度相对来说比较高以及灵敏程度相对来说比较高等一系列的特点，和当前我国传感器行业发展进程向前推进的过程中所遵循的微型化宗旨相适应，因为氧化锌这种创新型的半导体材料的原材料丰富程度是相对来说比较高的、环保性相对来说比较强、价格相对来说比较低，所以氧化锌这种创新型的半导体材料在未来的发展前景是相对来说比较广阔的。
6 结束语
现阶段我国经济发展进程向前推进的速度是相对来说比较稳定的，并且当今我国所处的时代是一个知识经济的时代，人们对半导体设备中所需要使用到的半导体材料提出了更高的要求，针对半导体设备中所需要使用到的半导体材料展开的相关研究工作的力度也得到了一定程度的提升，摩尔定律在现阶段电子科学技术发展进程向前推进的过程中仍然是适用的，随着人们针对半导体材料展开的研究相关工作得到了一定的成果，使用创新型半导体材料的半导体设备的性能得到了大幅度的提升，相信在不久的将来，半导体材料市场的变化是相对来说比较大的。
参考文献
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[6]王占国.半导体材料的发展现状与趋势（摘要）[J].新材料产业，
篇2
我国电工新技术的发展
随着我国经济的发展，我国的电力企业也取得了较大的发展，这种情况下电力技术的发展，不仅能够优化供电结构和形式，还能带动企业的更好更快的发展，下文中笔者将从几个方面，就我国电工新技术的发展现状进行分析。
1超导体和半导体材料在电力工业中被广泛的应用。下超导体和半导体材料的应用可以分为以下几个阶段，下文中笔者将进行详细论述。a.20世纪60年代初，实用超导体被研发出来并且应用于电工领域，至此超导体材料进入了电工生产，以其应用中的优势逐渐的取代了其他材料。尤其是20世纪80年代中后期，高临界温度的超导体的发现，更奠定了超导体材料在电工生产中的地位。b.半导体的发现和应用给电力设备和仪器提供了新型的电子元件，使得电力设备在不断的发展过程中，向着自动化前进。
2计算机和微电子技术在电力工业中被广泛的应用。下文中笔者将对该问题进行详细的分析：a.电磁场的数值计算对于电力设备的发展有着非常重要的意义，也是近些年来有关单位和部门的研究重点，而计算机技术的应用使得这一计算中的复杂分析和精密实验问题都得到了解决，大大的推动了电磁场的数值计算的发展。b.数控系统的发展同样使得电机控制向着更加自动化和全面化的方向发展，使得电机系统的整体使用功能得到了很大的提升。c.电力电子技术作为能源扩展的一个重要的技术，对于提高用电效率和能源的使用率都有着非常重要的意义。
对电工新技术未来的展望
上文中我们分析了电工新技术的发展的必要性和基本现状，下文中笔者将结合自己的工作经验，分析未来我国的电工新技术的发展的趋势和方向，并将其同新能源的开发和利用结合起来进行探讨。
1太阳能发电技术。太阳能作为目前最受瞩目的新能源，其发电技术对于日后的新能源的发展和使用有着非常重要的意义。因为太阳能的获取的便利以及利用形式的多样化，使得其在众多的新能源中成为了开发重点。而太阳能的使用也将很大程度上改变现有的能源利用方式，所以太阳能发电技术的未来发展前景是十分广阔的。
2风能发电技术。风能作为新能源的一种，其最主要的应用特点就是其具有较好的清洁性和可再生性，因此也被广泛的应用于新能源的开发领域。就目前风能的发展速度来看，已经超越了太阳能，成为了世界上发展最快的可再生能源，我国对于风能的发展也给予了多种政策上的支持，所以风能发电将会取得更好的发展成就。
3核能发电技术。受控核聚变的发展以及利用可以提供取之不竭的清洁能源，从根源上解决经济与能源和环境的协调发展问题。核聚变具有极为重要的科学现实性，它依靠核工业技术以及电工新技术的结合，为能源的利用提供更加便利的方式，核聚变电站的建立还可以促进新兴电工产业的发展。
4水力发电技术。我国的水力资源比较丰富，在水力资源集中的中南以及西南地区已经建成了多所发电站。对于水力资源未来的发展以及开发规划已经进行了较为详细的策划和前期的准备工作。重点对金沙江以及黄河上游和湘西等水电基地进行开发，这样就可以在最大程度上对可开发的资源进行利用，促进水力发电技术的发展。
5磁流体发电技术。磁流体发电是热能转化为电能的一种新型的发电方式，可以进行高效率的热电转换，具有低污染以及用水少的特点。磁流体发电技术经过发展已经可以持续发电数百小时，最高的发电功率达到几万千瓦。磁流体发电技术的发展必须依靠电工新技术以及化工新技术的发展，对于以燃煤为主的我国来说，热媒磁流体发电技术的利用以及产业化发展具有极为重大的现实意义。
篇3
关键词:LED;性能特点;应用;节电
LED(Lighting Emitting Diode)即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。目前，发光半导体材料主要由III-V族元素组成，例如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)，氮化镓等等。
1 LED特点
LED的内在特征决定了它是用最理想的光源去代替传统的光源，有着广泛的用途。
(1)体积小。LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。
(2)耗电量低。高节能:LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2 V~3.6 V。工作电流是0.02 A~0.03 A。这就是说:它消耗的电不超过0.1 W。
(3)使用寿命长。在恰当的电流和电压下，LED高亮度、低热量，比HID或白炽灯更少的热辐射，有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。
(4)环保。LED是由无毒的材料制成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。
(5)坚固耐用。LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。同时LED可控性强，可以实现各种颜色的变化。
基于LED光源的以上优点，笔者认为应当推广使用LED，以此达到节约电力资源的目标。
2 具体应用
2.1 用作信号灯
LED信号灯较传统信号灯有着明显的优势:
(1)由于LED发出的光束是向前的并具有一定发散角，这样就可以不必像白炽灯需要加装反光碗。而且LED本身发出的是色光，可根据实际情况随意调节设置所需颜色，达到区别辨识的不同目的，减少重复设置多色彩灯的麻烦，提高光利用率。
(2)工作寿命长，为5～10年，维修保养费用低。而传统信号灯每年至少需要更换3~4次，维修保养费用高，需要耗费相当的人力和精力钻研此项工作。
(3)功耗小，一般约仅为白炽灯光源信号灯的10%～20%，这一点是符合国家的相关能源政策。
(4)由于单个LED仅为整个信号灯灯盘殊的一个发光单元，只要信号灯线路板设计合理，即使个别LED烧毁，也不会影响别的LED发光单元，从而影响信号灯整体效果。
2.2 用在照明领域
2.2.1 耗电量少
LED单管功率0.03 W～0.06 W，采用直流驱动，单管驱动电压1.5 V～3.5 V，电流15 A～18 A，反应速度快，可高频操作。在同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的1/8，荧光灯管的1/2，初步估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED替代该矿一半的白炽灯和荧光灯，每年可节约35%的现用照明电量。
2.2.2 使用寿命长
普通照明光源采用电子光场辐射发光，有灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎，平均寿命达10 万h。
2.2.3 安全可靠性强
发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全触摸;能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光;不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。
2.2.4 有利于环保
LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。
3 应用前景
LED应用前景广阔，就拿白光LED来讲，不过在讲白光LED之前，我们先看看目前所用的照明灯光源的状况:白炽灯和卤钨灯，其光效为12 lm/W～24 lm/W;荧光灯和HID灯的光效为50 lm/W～120 lm/W。对白光LED:光效为15 lm/W～50 lm/W，比一般家用白炽灯或卤钨灯相近甚至还高，这完全能达到照明领域的需要。而且随着LED照明的技术日趋完善，逐步发展到大功率的LED，采用大功率LED为光源，人的视觉效果柔和、均匀，并且大功率LED均采用恒流驱动，无频闪，长时间工作环境下眼睛没有疲劳感，是未来绿色照明产品。
篇4
【关键词】新专业 市场 可行性 分析 需求
【中图分类号】U472 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）04-0117-01
一、开设新专业的指导思想
在职业院校开设新的专业，应以市场为导向，以社会需求为准则，充分发挥地方资源优势和人才培养优势。积极地探寻市场、发现市场，把供需链条紧紧连在一起。在北京市同层次院校的专业中，做到人无我有，人有我强，人强我特，形成品牌，形成特色。专业设置逐步从“条件驱动”型向“发展需求驱动”型转变，即根据社会经济发展需求确定专业设置。从强调我能做什么，能培养什么样的人才，转变为强调需要我做什么，需要培养什么样的人才。本着以上指导思想，现提出开设微电子技术与器件专业的一些方案设想。
二、市场需求分析
微电子技术与器件专业，其就业导向涵盖了集成电路和半导体材料产业。根据首都“十一五”电子信息产业发展规划，集成电路、TFT?鄄LCD、计算机及网络设备、移动通信产业、数字电视产业、半导体照明材料产业和智能交通及汽车电子产业等7个产业是信息产业下一步发展的重点领域。其中集成电路排在了第一位，半导体照明材料排在了第六位。早在2000年，北京市委、市政府就首次向全球宣布：北京将建设中国北方微电子产业基地。从那时到现在，北京集成电路产业走过了蓬勃兴起的10年，初步建立起了集成电路设计、制造、封装测试以及装备材料互动协调发展的良好格局，确立了北京在全国集成电路产业中的重要地位。
以2010年为例，该年北京集成电路产业全产业链实现销售收入245亿元，比2009年增长了31%，产业规模是2000年的20倍左右，占全国的17%。在北京市，电子信息产业产品销售收入排名位居全市工业第一，占全市工业23%，而集成电路产业全产业链的销售就占了近四分之一。
目前，北京有各类集成电路设计企业约80多家，年总销售收入约90亿元，占全国的1/4。集成电路制造企业3-4（大型）家，实现总销售收入约60亿元，约占全国14%。集成电路封装测试企业2-3家（大型），实现总销售收入约90亿元，约占全国15%。集成电路装备制造企业3-4家（大型），实现销售20多亿元，多项装备在全国处于领先地位。另外，还建有生产集成电路关键原料的硅材料科研、生产基地。
当前，北京集成电路产业正迎来跨越式发展的新机遇。国务院2011年4号文为集成电路产业的发展提供优越的外部环境。相信要不了多久北京就会建成具有全球影响力的集成电路产业基地。
政府的大力支持，坚实的产业基础，广阔的发展前景，优惠的国家政策，可以说集成电路产业在北京具有得天独厚的条件。产业的发展必然伴随着人才的巨大需求，虽然集成电路产业是知识和资金密集型产业，但它同样需要大量应用型技术人才。比如集成电路设计，需要大量的程序录入和辅助支持技术人员；集成电路制造，需要大量的高科技设备仪器操作员、工艺技术员、质量检验员和设备维护技术人员；集成电路封装测试，同样需要大量的高科技设备仪器操作员、工艺技术员、质量检验员和设备维护技术人员。另外，半导体硅材料及单晶硅片的生产等，都需要大量的应用型技术人才。
三、可行性分析
在我院设置微电子技术与器件专业具有非常好的条件并且可行，其理由主要有以下几个方面：
1.我院在中专学校升高职院校之前，南校区就有这个专业。因此，在师资力量、教学资源、实训资源、招生分配等方面都有一定的基础和经验，设置微电子技术与器件专业可以说是驾轻就熟。
2.该专业的设置符合国家产业政策，契合北京“十一五”电子信息产业发展规划，因此，获得上级单位批准的几率大。
3.在北京“十一五”电子信息产业发展规划中，7个重点发展领域，集成电路产业排第一，半导体照明材料产业排第六，因此，设置该专业可获得国家和北京市资金的大力支持。
4.分配就业前景良好，正如市场需求分析中所提到的，集成电路产业在整个电子信息产业已经占到了四分之一左右，而且，今后将跨越式发展，必然需要大量的应用型技术人才，因此，该专业毕业学生的就业前景良好。
四、困难及解决途径
在我院设置微电子技术与器件专业也会遇到一些困难，仔细分析有以下几个方面：
1.生源问题。微电子技术与器件这一名称，属于比较新的科技名词，一般人在日常生活中很少接触，理解起来有一定困难，不知道这一专业到底学什么，毕业后干什么。因此，会出现专业招生困难，或招不到相对高素质的学生。
解决办法：一是改专业名称，起一个即通俗易懂，又能代表专业含义的名称，这有一定困难。二是加强宣传，在招生时，宣传材料、现场解说、视频资料等全方位进行，使考生了解北京市的产业政策和就业前景，提高对该专业的认知度。
2.实训问题。微电子技术与器件专业的实训环节比较困难，我们知道现在强调实训模拟真实场景，而集成电路产业链的工序非常多，每一道工序的设备仪器都非常昂贵，动则几百万，建立校内实训基地，场地和资金都是问题。
解决办法：一是计算机模拟，现在多媒体教学设备完善，各种模拟软件很多，通过购买和教师制作等方式来模拟实际工艺，替代昂贵的真实设备仪表。二是下厂实训，校企合作办学是学院发展的方向，我院有良好的基础和得天独厚的条件，北京分布着众多的集成电路设计、生产、测试企业可供我们选择实习参观，而且，我院已经和许多这方面的企业签有校外实训基地协议，如中国电子集团微电子所，北京飞宇微电子科技有限公司，中国科学院微电子所，燕东微电子有限公司等。我院应充分利用这一优势，解决微电子技术与器件专业的实训问题。
参考文献:
[1]尹建华，李志伟 半导体硅材料基础，北京.化学工业出版社，2012
篇5
[关键词]太阳能；光伏发电技术；应用；前景
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0149-01
随着社会的不断发展，对于能源的需求也在不断增大。但资源的匮乏、能源的紧缺以及生态问题的日益突出成为目前最大的问题，引起了全世界的关注和担忧。此时人们认识到可持续发展的重要性，并开始关注资源的有效利用和管理。太阳能资源是一种干净、无污染、分布广泛的一种可再生资源，符合了当前环保节约的生产要求，逐渐被人们所认可和采用，并成为公认的理想化替代性能源之一。人们在太阳能研究基础上研究了光伏发电，实现了从太阳能到电能的有效转变，这对于人类生活来说具有重大意义。如果对于太阳能加大研究和探索，用它来代替石油、煤炭等不可再生资源将是全人类的福音。
一、太阳能光伏发电技术的原理
太阳能光伏发电系统是由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的。这种新型的发电体系中太阳能电池起着调节转换的作用，也被称为光伏电池，太阳能电池之所以能够产生电源其主要的原因是光生伏特效应导致的。当太阳光线或其他一些光源照在这种特殊性能的电池上的时候，它会将全部的光线吸收到体内，从而形成光生电子―空穴对。光生电子和空穴在里面经过一些特殊的化学反应以后会出现相互离散的现象，异号电荷会不断地积累然后集中分布在两头，所谓的“光生电压”也就产生了，这就是太阳能发电的原理“光生伏特效应”[1]。要是把电极内部的两极进行导出处理，然后和负载连接在一起，“光生电流”就会从负载流出，在这种情况下就会引起功率的流失。可以无限获取的太阳的能量就能转换成我们日常生活以及生产所需的源源不断的能量了。
经过长时间仔细研究与分析我们总结出了这一伟大的转换工作之所以能够顺利完成的基本原理：①当电池板吸收了足够的太阳光线的时候，在其内部就会形成电子―空穴对产生，也就是所谓的“光生负载电子”，它们的主要区别就是电性是相反的，空穴带正电，电子带负电；②在半导体节中生成的具有特殊性的电场在化学反应的影响之下会将光生电流的两种性能却别开来[2]；③太阳能电池的正、负极分别收集光生载流子和空穴，在这种情况下电路中就会有电流出现，我们日常生活生产活动所需的电量就会出现。
二、太阳能光伏发电技术的具体应用
2.1 独立光伏发电系统的建立
独立光伏发电系统由于不与公共电网相连接，因此其建设地点一般选在与电网隔离的偏远地区，比如海岛、移动通讯站及边防哨所等。储能元件是独立光伏发电系统中不可缺少的，这是由于太阳能发电一般选择在白天，然而负荷用电是全天24h实施，这就需要在光伏系统中设置必要的储能元件。在气象环境影响下，其供电可靠性很难得到保障，然而对于偏远无电地区而言这一系统的建立已然产生十分重要的社会价值。
2.2 光伏建筑一体化应用
关于光伏建筑的一体化应用主要表现为两个方面：通过在建筑物屋顶安装光伏器件的方式实现电网与光伏阵列的并联，进而构成光伏建筑一体化系统；通过建筑和光伏器件集成化的方式于屋顶位置设置光伏电池板，利用光伏玻璃幕墙替代原有幕墙，提高墙面积屋顶的太阳能吸收量，这就同时实现了建材功能与发电功能，是对光伏发电成本的有效控制。与此同时，在墙体外饰材料研究方面也出现了全新的彩色光伏模块，这在充分利用太阳能光伏发电原理的同时也使得建筑物外观更具美学欣赏价值。
2.3 混合型光伏发电系统的构建
所谓的混合型光伏发电系统是将多种发电方式相互融合并应用于光伏发电系统的过程，混合型光伏发电系统的构建旨在发挥不同发电模式的技术优势，扬长避短，从而更加有效地提高电能的利用率。例如光伏发电经常会受到天气状况的影响，在冬季风力较大地区，就可通过光伏发电和风力发电的混合模式，尽可能减少天气变化对发电系统的影响，进而达到控制负载发电率的目的。
2.4 光伏发电在LED照明中的应用
作为半导体材料制作而成的组件，LED 与光伏发电的结合可实现电能至光能的转化。这一半导体照明技术不仅有着环保、节能、高效的技术优势，并且照明周期较长，且易于维护。光伏发电在LED照明系统中的应用突出了光生伏特效应的技术原理，通过太阳能电池实现对太阳能至电能的转化，再借助LED照明系统将其转化为最终的光能。由于 LED 照明和光伏发电技术同是直流电，因此转化过程并不需要借助变频器，这明显提高了整个过程的执行效率。除此之外，在可充放蓄电池的辅助下，光伏发电在 LED照明中的技术优势必将更加突出。
三、太阳能光伏发电应用普及障碍及发展趋势
3.1 我们都知道太阳能属于一种绿色资源，而且随着科学技术的发展我国利用太阳能技术满足生活生产所需的技术水平也在不断提高，但是在这种新型的发电系统中还是存在各种不足之处需要我们进行调整和完善，主要表现在：使用策略、环保型和社会需求等，这些因素都在某一些程度上影响了这种新型发电体系的普及，另外，由于太阳能发电成本太高；制作所需的材料还是销售所需的市场都不再本土市场中，产业与市场倒挂现象严重；太阳能光伏产业投资出现的潮涌现象，这些都在很大程度上制约着太阳能光伏发电应用的普及。
3.2 发展趋势与发达国家相比，我国太阳能光伏发电还有很多需要完善的地方，需要政府及相关部门予以政策和资金上的支持，以保证新能源和可再生能源得以良好地发展。目前，我国政府对新能源和可再生能源的发展给予了高度重视，面对化石能源的枯竭，大量化石能源对环境的影响逐渐加剧，国家起草了可再生能源开发战略规划，为我国新能源以及可再生能源的长期发展制定了指导方针。在规划当中，对于新能源的利用效率提出了要求，其中发电总容量达到了6000万kW，太阳能光伏发电达到45万k W。未来我国太阳能光伏发电的总量将逐渐提升，覆盖的范围也将更为广泛，成为我国电业行业发展的主要能动力。相信通过各方面的协调配合以及努力，我国的太阳能光伏发电技术将向着更快、更好的方向发展。
参考文献：
篇6
【关键词】量子点；性质；合成；表面修饰
量子点主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒，又称半导体纳米晶体。由于发生结构和性质发生宏观到微观的转变，其拥有独特的光、电、声、磁、催化效应，因此成为一类比较特殊的纳米材料。自1990年7月美国召开第一届纳米会议[1]，各国都在纳米技术方面给予巨大的投入，使得包括量子点技术在内的纳米技术飞速发展，其应用已突破原来的微电子和光电材料领域[2-3]。
1 量子点的基本特性
量子点的基本特性有：量子尺寸效应，表面效应，量子限域效应，宏观量子隧道效应，除此之外，量子点具有一些独特的光学效应[4]，这使得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势：
（1）量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于发射光的光激发，并产生窄而对称的发射光谱，避免了相邻探测通道之间的干扰。而有机染料荧光分子激光光谱较窄，每一种荧光分子必须用固定波长的光来激发，而且产生的荧光峰较宽，且不对称，有些拖尾，这给区分不同的探针分子带来了困难，故很难用有机染料分子同时检测多种组分。
（2）量子点还可以“调色”，即通过调节同一组分粒径的大小或改变量子点的组成，使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小，发射光的波长越小。因此可用一个激发光源同时激发多个不同尺寸的量子点，使它们发出不同颜色的光进行多通道检测。这样可以同时使用不同光谱特征的量子点，而发射光谱不出现交叠或者只有很小程度的重叠，使标记生物分子的荧光光谱的区分、识别都会变得更加容易。
（3）量子点的稳定性好，抗漂白能力强，荧光强度强，具有较高的发光效率。半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料，可以对核心进行保护和提高发光效率，从而进一步提高光稳定性。Chan和Nie通过实验证明ZnS包覆的CdSe比罗丹明6G分子要亮20倍和稳定100～200倍，可以经受多次激发而其光学特性没有显著变化，且标记后对生物大分子的生理活性影响很小，因此为研究生物大分子之间的长期作用提供了可能。
正是由于量子点具有以上特性使其在生物识别及检测中具有潜在的应用前景，可望成为一类新型的生化探针和传感器，因此备受关注。
2 量子点的合成
根据原料的不同分为无机合成路线和金属-有机物合成路线。两种合成方法各有利弊，但目前水相体系的合成为主[5]。
2.1 金属-有机相合成
主要采用有机金属法，是在高沸点的有机溶剂中利用前驱体热解制备量子点，前驱体在高温环境下迅速热解并结成核晶体缓慢成长为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻碍晶核成长，并稳定存在于溶剂中。其制备的量子点具有尺度范围分布窄，荧光量子产率高等优点。但其成本较高且是油溶性的，与生物相溶性差，不能直接应用到生物体系，经过水溶性基团修饰转移到水相中，量子产率降低，甚至发生完全荧光淬灭现象。因此针对上述特点，量子点有机制备的两个发展趋势：一是合成方法的改革，使用一些低成本，低污染的绿色环保型试剂代替昂贵的试剂。例如，油酸，液体石蜡的使用代替TOPO，TOP等；二是合成量子点结构的变化，从最初的单核量子点到核壳式结构量子点再到近来比较热门的混合多晶量子点，使其具有更加优异的光学性能，通过改变组成比例而不改变量子点尺寸来实现发射光谱的调节获得覆盖近红外以及整个可见区光谱，这是二元量子点无法做到的。在操作过程中，改变组成的比例往往比调节尺寸更容易控制而且精确度较高。
2.2 无机合成路线
目前常用水溶性硫基化合物，柠檬酸等做为保护剂在水相中制备量子点。硫基化合物，柠檬酸等与量子点的稳定性、功能化有关，因此选择带有适当官能团的保护剂对于控制量子点的表面电荷及其他表面特征极为重要。水相合成量子点操作简便，重复性高，成本低，表面电荷和表面性质可控，很容易引入官能团分子。量子点质量的好坏直接关系到其应用研究的开展和研究成果的优劣。
3 量子点的表面修饰
通常制备的量子点水溶性较差，不能直接与生物物质相互相互作用，从而得到探针，因此，首先对制得的量子点进行适当的表面修饰[6]。通过特定的表面修饰和表面处理以获得其对某个分析物品的识别功能，目前使用的量子点表面改性技术可归纳为表面无机修饰和表面有机修饰两大类。
量子点表面的无机修饰，单独的量子点颗粒容易收到杂质和晶格缺陷的影响，荧光量子产率很低。但当以其为核心，用另一种半导体材料包覆，形成核壳结构后，就可以将量子产率提高。并在消光系数上有很强的增加，因而有很强的荧光发射。
量子点表面的有机修饰，量子点表面配位不足容易产生带隙表面态，通过加入有机表面活性等有机配位体与量子点表面离子键合，可以提高表面原子配位的饱和程度。但是，有机配位体不能同时将表面阴阳粒子完全钝化，表面依然残留有较多的悬键，钝化效果不理想，量子产率同样不能大幅度提高。
如果选择量子效率最高的样品，经过表面修饰作用，可将量子效率提高到40%。
4 结论
量子点具有尺寸效应，表面效应，量子限域效应，宏观量子隧道效应、特殊的光学效应，使得量子点在光、电、磁、生物等领域得到广泛的研究与应用。无机相和有机相均能制备不同性质的量子点，进而通过特殊的表面修饰，提高量子点的亲水性；引入特殊的官能团扩大量子点的应用范围，其生物应用得到进一步深入，总而言之，量子点随着研究的进一步深入，在多学科领域的应用将进一步拓展。
【参考文献】
[1]白春礼.纳米科技及其发展前景[J].科学通报，2001，2.
[2]周瑞发，韩雅芳，陈祥宝.纳米材料技术[M].北京：国防工业出版社，2003.
[3]何晓晓，王柯敏，谭蔚泓，等.基于生物荧光纳米颗粒的新型荧光标记方法及其在细胞识别中的应用[J].科学通报，2001，46（16）：1353-1356.
[4]彭英才.半导体量子点的电子结构[J].固体电子学研究与进展，1997，17（2）：165-172.
篇7
关键词：LDE；照明；舞台；应用
Abstract: LED is known as the "green light", as a new generation of light source, its low power consumption. The long life. Shock resistance, fast response characteristics, in the traditional stage lighting lamps and lanterns with the competition. LED light source since birth, in building lighting, landscape lighting, multimedia display, and other areas to be widely used. In recent years, with high power LED lighting technology maturity, the LED lighting lamps and lanterns in TV stage stage lighting field gradually replacing the traditional lamps and lanterns. Become mainstream light source.
Key words: LDE; Lighting; Stage; application
中图分类号：TU731.4 文献标识码：A文章编号：
概述
近年来，半导体技术的快速发展极大的促进了大功率LED照明灯具的进步，LED的应用已从起初的数码显示屏、信号指示向更多的领域拓展。由于其在光学上的优良品质，LED灯具在舞台照明方面表现出良好的特性，到越来越多的广应用。举世瞩目的08年北京奥运会开闭幕式和近年来的央视、地方春晚都开始大量采用LED照明灯具，LED取代传统舞台灯具，逐步成为舞台照明的主流。
以前，影视舞台照明用专业照明灯光设备多为1 ～18kW的大功率卤钨光源灯具，但卤钨光源由于其自身结构缺陷，做舞台照明时存在许多问题。首先，传统光源光效低，产热多，电力消耗的95%以上转化成为热能，能源浪费严重 ；其次，传统光源将大量的电能转化为热能，产生巨大的热污染和红外辐射，另演员产生不适，影响演出效果。为保证演出效果，往往需要高负荷的空调降温，提高了演出成本；最后，传统卤钨光源寿命一般为200h左右，照明的可靠性低，照明运营成本高。其他光源，如荧光灯、高压钠灯等，尽管光效较高，但一般较难满足影视舞台照明所需的光源照度和显色效果等特殊要求，也难以适用。
一、LED作为舞台照明灯具的优势
LED灯具之所以受到青睐，是由于它与传统灯具相比有着不可比拟的优点。
首先，LED灯具是半导体元件，利用不同的半导体材料制成的LDE灯管直接生成红、蓝、绿光，色彩饱和度高，达90％以上，单色性好。光学上，利用三基色可以组合出更加艳丽多彩的光色。因此，采用LED灯具可以完全替代传统灯具，产生更绚丽多彩的灯光效果，能广泛地应用于剧场、电视、电影等演出场合。
其次，LED光源比普通自炽灯泡节能70％～80％，高效节能环保。对LED进行的的光谱分析显示，其中中不含有紫外线和红外线，晕光小，热辐射低。另外，LED为半导体器件，不含有害金属，属于真正的绿色照明冷光源。在新一轮的低碳经济竞争中，节能环保是目前人类资源和我国可持续发展战略的主流，能源无疑会越来越多的收到社会的关注。据统计，我国现有剧院、演播厅、演出场所万余家，照明光源错综复杂，总的电力资源消耗极高，若全部采用高效节能的LED灯，每年可节电800亿千瓦时，减少二氧化碳排放8000万吨，将对我国节能环保作出重要贡献。
再次，由于发光原理不同，传统的照明灯具需预热，启动时间长。相比之下LED光源无需预热时间，可瞬间启动，因此LED光源可更好的利用数字控制技术。采用LED灯具后调光系统可以直接用调光控制台对LED光源的灯具进行控制，提高了工程控制与设备的可靠性，简化了灯具的控制系统。LED照明灯具与传统舞台照明灯具性能对比，见下表
此外，额定工作条件下寿命可以达到5万小时，是卤钨光源的200百，使用寿命长，是目前光源中使用寿命最长的光源。LED光源是半导体元件，每千小时亮度衰减仅为5％，制作无需玻璃、钨丝等易损部件，工作稳定。舞台用大功率LED灯具的电源驱动采用PWM技术，恒流驱动，也提高了LED灯具的稳定性能，减少了用户的日常维护费用。以中型剧场为例，在同样光学要求下的灯光配置，传统照明灯具与LED灯具运营费用如下表
由表可知，初始投资LED灯具是传统灯具的两倍左右，但由于运行费用每年节省90多万元，两年时间即可见效。
二、影视舞台剧场用大功率LED灯具的研况及应用实例
目前，LED已大量应用于景观照明、显示屏、路灯、交通指示等场所。在舞台照明方面，由于演出需要，多采用大功率照明灯具。在国家“863”计划项目支持下，我国先后研制出100W的LED柔光灯和聚光灯、 400W聚光灯、300W光束灯、400W变色聚光灯等舞台灯具，并成功应用。本文以长安剧院为例，具体阐述LED照明灯具在舞台应用方面的优势。
长安大戏院，建于1937年，为世界第一个LED绿色照明剧场。其中，长安大戏院主舞台采用LED的400W变色聚光灯、300W光束灯具、400W聚光灯具等，其余采用LED的筒灯、灯管、平板灯等。后期跟踪数据显示 ：安装LED舞台灯具后，戏院舞台工作温度由52℃ (空调降温）下降到31℃ (无空调降温），面光桥内温度由50℃ (空调降温）下降到34℃ (无空调降温）。
三、大功率LED舞台灯应用前景广阔
统计显示， 2011年我国总发电量达4.6万亿千瓦时，照明耗电约占其10%～12%。按占全国总发电量的10%计算，2011年我国照明耗电达4600亿kWh，是三峡水力发电工程年发电能力（847亿kWh）的5.43倍左右。随着我国社会文化事业的发展，影视舞台照明耗电量在整体照明领域中所占比重越来越大，。以一场100分钟的舞台演出为例，其耗电量达到2200千万时以上。全国共有剧场、舞台、礼堂等演出场所数万家，各类大型文化演出累出不穷，演出照明用电惊人。预测显示，若舞台影视照明全部采用LED灯具，按节电80%计算，预期节电近100亿千瓦时，节能效果显著。
LED照明灯具因其自自身技术优势，成为当今舞台照明设备的主流，在新一轮低碳经济环境下必将显现出更强大的竞争力。
参考文献:
【1】 李泽青. LED灯具在数字化演播室中的应用.
【2】 万荣.凌玲.影视舞台用大功率LED照明发展前景广阔.
【3】 戴牡香. 舞台新光源新灯具动态
篇8
Abstract： Temperaturegeneration is a kind of recovery way of waste energy， gasoline engine exhaust pipe temperature is 77℃. The generation efficiency is 3.2W of the 4 piece power parallel connection of the temperaturegeneration by this heat source， it is higher than 1.9W of series connection. When the power generation is increased to 8 pieces， parallel and serial power generation efficiency will also increase， but because of the increasing of internal resistance， the generation efficiency is less than 2 times.
关键词：并联；串联；温差发电；发电效率
Key words： parallel；series；temperaturegeneration；power generation efficiency
中图分类号：TQ163 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0133-02
0 引言
温差发电由于具有废弃能量利用，减少能源利用带来二次污染，等优秀性质，在汽车、锅炉等实际工业应用中有着较大的发展前景。因而受到诸多能源研究学者的青睐。许艳艳[1]等通过模拟的方法研究了发电片矩形栅格增加吸收幅度，冷热端平均温差比无格栅时提高了49.33%，从而提高其能量吸收与发电效率；程富强[2]等研究了碲化铋半导体材料的温差发电特性，结果表明输出功率随热电元件截面积的增大而减小，面积比功率和能量转化效率则缓慢下降；导热基底越厚，输出功率和能量转化效率均越减小；贾磊[3]等对半导体热电材料在低温下的塞贝克系数进行了实验研究，结果表明N型半导体塞贝克系数随温度上升而减小，P型半导体塞贝克系数随温度上升而增加；Douglas[4]等针对动态变化热源设计出多模块交互回路温差发电器，将输出功率大幅度提高，terasaki[5]等首次发现 NaCo2O4单晶在室温下具有较高的塞贝克系数，这使得温差发电大规模应用变成了可能的现实。就目前情形来看，温差发电能量实际产出率较低，因此未被大规模使用，因此国内部分学者对温差发电的投入产出比进行了研究[6]，结果表明能量产出对设备资本回收周期较长。
本课题研究建立在利用汽车尾气所包含余热发电，并利用所产生电量为汽车尾气监测与减污供能，并通过实验验证能够提供足够的能量，此方法不需要在汽车上更改供能线路，对已经投入使用的汽车有更加实际的经济意义。在此基础上本文利用汽油机代替汽车发动机，电风扇代替汽车行驶中的自然风冷，对温差发电的功率进行了研究。
1 实验方法
实验采用汽油机替代汽车，并对尾气排放部分利益金属进行填充和铣磨平整，利于放置温差发电片，温差发电片厚度3mm。实验中尾气经内部冷却后在尾气排放管附近温度为85℃，室温为11℃；温差发电片放置分并排放置与2层叠加放置2种放置方法，发电片的连接有串联和并联两种方法；功率测量时间间隔为1min。经上述装置所产生电量利于万用表测出其电动势与电流，得到发电功率，并比较不同放置情况下功率随时间变化规律。
2 实验结果及分析
2.1 发电片热端温度变化规律
发电片热端温度为排气口尾气温度不经过任何处理，汽油机本身尾气排放口温度在85℃左右。如图1可见，自汽油机发动起发电片热端温度随时间推移而逐步升高；初始阶段呈近似指数曲线升高至70℃，而在70℃之后升高速率明显下降，在上升至77℃时，温度不再上升，其主要原因是发电片冷端风冷也会再一定程度上影响到热端温度，因此热端温度不能达到85℃。
2.2 4块温差发电片组合发电效率
图2为4块温差发电片并联连接与串联连接后的发电功率随汽油机使用时间的变化规律。从图2中可以看出并联连接发电功率从0开始缓慢上升，此时发电片冷热端温度均在常温；随时间推移，热端温度升高，温差拉大升，发电功率迅速提升，但是持续时间仅在26min至32min之间，在32min时功率达到最大值为4.8W。其主要原因为初始阶段冷热端温差几乎不存在，两者温度均为常温，随时间推移热端温度率先升高，在此过程中冷端温度滞后于热端温度升高，此时发电功率呈现上升趋势；到32min之后热端温度稳定，冷端温度继续升高，冷热端温差降低，因此发电功率呈现出降低趋势；当冷端温度升高到一定值时不再升高，发电功率稳定在3.2W。从图2中还可看出串联连接4块发电片后发电功率变化规律与并联相似，但其峰值明显低于并联，从电路连接上看，串联时能够提供更高的输出电压，但是其内阻叠加导致发电片内部消耗了一部分功率，输出降低，而发电片并联连接内部电阻减小，是以内阻消耗功率降低。
2.3 8块温差发电片组合发电效率
图3为8块温差发电片组合发电效率，从图3中可以看出叠加串联与并联及并排串联与并联方式放置与连接，其单个曲线变化规律与4块连接相似，均为先缓慢上升，后急剧升高，到达最大值后由于温差减小发电功率降低。分别比较2层叠加排布与并排排布印证了3.2中串联连接稳定功率低于并联连接稳定功率。比较叠加放置与并排放置可以发现并排放置发电片时最高发电功率可达7.8W，稳定时发电功率为并联7.2W、串联5.6W；叠加放置最高发电功率在3.8W左右，稳定时并联连接发电功率为2.8W、串联2.2W，叠加放置发电效率低于并排放置，其主要原因在于叠加放置以第一层冷端为第二层热端，而发电片本身厚度较小，因此放置一层与两层最里侧与最外侧温差相差不大，因此降低了第二层的发电效率。同时比较图2与图3，利用8块发电片效率相较于4块，其峰值与稳定功率均有大幅度上涨，但是涨幅不足2倍，说明发电片增加的同时发电功率上涨，但是从成本角度来说发电成本亦增加。
3 结论
①汽车尾气出口发电片热端温度先升高，升高至77℃后不再上升趋于稳定状态。②串联连接发电片发电效率低于并联连接。③单纯靠增加发电片来增加发电功率会影响其能量产出成本。④并排连接时发电效率高于叠加连接。因此在一定资金范围内需要增加发电效率，可将发电片串联连接改为并联连接。
参考文献：
[1]许艳艳，王东生，等.基于余热回收的半导体温差发电模型及数值模拟[J].节能技术，2010，28（2）：168-172.
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篇9
【关键词】光伏产业 光伏技术 太阳能电池 光伏并网
中图分类号：D80 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―371―01
引言
近年来频频出现常规能源危机严重影响了国家的经济发展和居民的日常生活，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈。为了摆脱能源短缺的困扰，开发太阳能资源，寻求经济发展新动力成为各国能源发展的主要课题。为了达到对清洁能源及电网可持续发展的要求，世界各国纷纷将目光聚焦在太阳能发电上。太阳能取之不尽、用之不竭，能缓解能源危机和减少环境污染，是理想的可再生能源。随着近年来光伏发电效率的不断提高和太阳能板造价的降低，太阳能光伏发电的应用前景空前广阔。而光伏并网发电作为太阳能发电的主要形式之一，也受到越来越多的关注。
我国地处北半球，有着广阔的土地，大多数地区年平均日辐射量在4kwh/m 以上，青藏高原日辐射量最高达7kwh/m。对太阳能这种可再生能源的开发和利用主要表现在太阳能光伏发电上，在我国西部发展光伏产业有着有利因素：光伏电站适合西部特殊的居住环境，特别是青藏高原有着得天独厚的地理环境优势。国家能源政策的支持，国家将开发利用新能源和可再生能源放到国家能源建设开发战略的优先地位，这为发展光伏产业提供了巨大的政策支持。
1 光伏技术概述
太阳能光伏技术是将太阳能转化为电力的技术，其核心是可释放电子的半导体物质。最常用的半导体材料是硅，地壳中硅储量丰富。太阳能光伏电池有两层半导体，一层为正极，一层为负极，阳光照射在半导体上时，两极交界处便产生电流。太阳能光伏系统中最重要的是电池，是收集阳光的基本单位。大量的电池合成在 起构成光伏组件，有时还用逆变器对电流进行转换，以适合不同电器的使用要求或与电网相匹配。太阳能光伏电池主要划分为：晶体硅电池（包括单晶硅、多晶硅、带状硅）、非晶硅电池、非硅光伏电池。此外，薄膜电池可大大节约原材料使用，成为太阳能电池的发展方向，但是其技术要求非常高，而非晶硅薄膜电池作为目前技术最成熟的薄膜电池…，成为目前薄膜电池中最富增长潜力的品种。
2 光伏产业现状与分析
近些年，太阳能光伏产业形成了爆炸性增长，全球太阳能电池产量增加，而中国太阳能电池产量更是猛增，成为全球名列前茅的太阳能电池生产国。在国际市场和国内政策的推动下，中国的光伏产业正迎来了发展高峰期，太阳能电池和组件产量位居世界前列。
3 产能与市场分析
在世界光伏市场的拉动下，我国光伏产业得到了迅猛发展，我国太阳能电池产量己位居世界前列。
3.1光伏发电之所以能在有些国家迅速进入千家万户，主要得益于这些国家政府行之有效的引导与激励措施。我国对太阳能发电项目有一定的鼓励措施，在对太阳能发电项目，上网电价方面都有优惠政策和鼓励措施。
3.2在全球能源紧张的状况下，新能源产业的发展是大势所趋，目前出现的产能过剩现象丰要受限于各国对太阳能光伏产品的推厂力度。
4 光伏产业发展前景分析
光伏首先是一个能源行业，而能源是无限量的行业，在全球能源紧张的状况下，新能源产业的发展势不可挡。新材料和新技术的进步是未来光伏产业最主要的发展动力。技术的进步将促使上游产品供给的稳定和价格的下调，使大规模生产和应用具备必要的条件；光能转换率的不断提高则意味着新型太阳能电池相对于传统能源将具有更强的竞争力。随着多晶硅供应瓶颈的解决及化合物薄膜电池技术的不断发展，光伏发电成本不断降低是必然的趋势。
5 光伏并网系统
5.1光伏并网系统简介
典型的光伏并网系统结构包括：光伏阵列、DC-DC变换器、逆变器和集成的继电保护装置。变换器将光伏电池所发电能逆变成正弦电流并入电网中。通过DC—DC升压斩波变换器，可以在变换器和逆变器之间建立直流环，升压斩波器根据电网电压的大小来提升光伏阵列的电压以达到一个合适的水平，同时DC—DC变换器也作为最大功率点跟踪器。控制器控制光伏电池最大功率点跟踪、控制逆变器并网电流的波形和功率，使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能相互平衡。
5.2光伏并网系统的优缺点
光伏并网发电的优势有：能源效益。特别是夏季，光伏电能在用电高峰时段创造的价值可达平时的3～4倍。
光伏并网发电的不足有：光伏发电成本高。如果没有相关政策支持，光伏发电难以推广普及。光伏发电受地理位置、日照强度、光伏电池特性等因素的制约。
6 光伏并网策略
传统配电网络的设计往往是为了满足“单点供电，多点用电”的运行模式。光伏发电等分布式发电系统的加入，使得电网中的供电源变得多而分散。对电网而言，分布式发电功率越大，其对电网的影响也逐渐增大。对于光伏发电系统的并网要求，国际上已经有了很多的标准。我国的标准主要分散在一些国家标准里，也正在制订一些专用的标准。
6.1 网点选择
根据光伏并网的容量不同，选择相应的入网点：
容量几兆至几十上百兆的光伏并网系统一般都是大型光伏电站，和普通发电站不同，光伏电站占地面积大，且需要有充足的日照时间，因此，一般选择在光照充足、土地面积充足的郊区。
6.2光伏并网效率
光伏并网的效率主要与两个方面有关：一是光电转换效率，二是将电能按电网电能质量要求传输到电网的效率。光伏器件的输出功率是其所受日照强度、器件内部结温的非线性函数。
6.3并网控制方案
电网必须将光伏发电站当作真正的“发电站”来对待，这就对光伏电站提出了更高的要求，不单是被动地满足电能质量要求，而是主动地对电站进行调度和管理。
一般来说，电网对光伏发电输入容量的控制模式有：
（1）正常运行。光伏并网系统传输尽可能多的电能，此时光伏电池工作效率最高，发出的电能不通过蓄电池，直接经过逆变器输送给电网。
（2）受限运行。光伏发电站按照电网设置的预期输入功率运行，从而达到削峰、主动负荷控制等目的。由于此时系统操作员可能会持续更改分配入网电量，光伏发电系统中电力波动不可避免。
（3）均衡运行。该模式用于缓解光伏电源的电力波动，即减轻与电网在公共耦合点的电压和谐波不平衡，使其向电网传输更多高质量电能。
7 结语
我国是太阳能资源相当丰富的国家，在大力发展智能电网的背景下，光伏并网发电得到了前所未有的关注。而且随着光伏器件价格的不断下降和国家对光伏产业的政策扶持，光伏发电必将会成为能源结构中的重要组成因素。我们还要对电量预测技术。保证光伏电站和水电、火电等电站的配合发电，最大程度地减小由于光伏电站发电量波动对电网的影响。
参考文献：
[1] 薛俊明，麦耀华，赵颖，等.薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究[J].太阳能学报，2005，26（2）：166—169.
篇10
关键词： ZnS薄膜；In掺杂；真空热蒸发；光电性能；退火
中图分类号：TN304.8 文献标识码：A
Influence of Annealing Temperature on Photoelectric Properties of ZnS：In Thin Film by Thermally Evaporation Method
CHEN Jin-huo， LI Wen-jian， CHENG Shu-ying
（College of Physics and Information Engineering， Fuzhou University， Fuzhou Fujian 350108， China）
Abstract： By thermally vacuum-evaporation technology， the thin film of ZnS layer and In layer were fabricated on ITO glass， which further was annealed under different condition to form ZnS：In thin film. In this work， 2% concentration of In atoms was adopted to obtain carrier concentration as high as possible. Furthermore， the influence of annealing temperature on Photoelectric Properties of ZnS：In Thin Film was studied.
Keywords： thin film of ZnS； In doping； thermally vacuum-evaporation； photoelectric properties； annealing
引 言
II-VI族化合物ZnS具有优良的物理化学性质，由于它同时具有化学性质稳定，含量丰富，无毒环保等优点，因而发展前景被非常看好，目前ZnS在光学镀膜、光电导体及光伏器件等诸多领域均获得重要应用[1，2]。在光伏电池方面，基于ZnS作为窗口层的太阳能电池的转换效率较高，接近于有毒CdS材料的太阳能电池[3]，因而ZnS被认为是无毒环保型太阳能电池窗口层材料的最佳选择。为进一步发挥ZnS在该方面的应用潜力，通过合适的制备工艺获取高质量ZnS薄膜，并以合适的掺杂工艺及后处理措施获取较高载流子浓度、较高迁移率和较高的光学透过率能力是ZnS在光伏领域应用的关键。但另一方面，目前关于ZnS的掺杂研究大多集中于发光型ZnS材料方面，而对作为半导体材料的ZnS掺杂研究则较少，更甚的是，仅有的一些关于半导体材料型ZnS掺杂研究又较多集中于Al掺杂方面[4-6]。本文考虑到In离子和Zn离子在物理和化学性质上具有较高的相似性，并综合考虑真空热蒸发法在工艺和成膜质量上的优势，拟用真空热蒸发工艺制备ZnS：In薄膜，并研究了退火工艺对ZnS：In薄膜光电性质的影响。该方法尚未见相关报道，具有一定的研究意义。
1 ZnS：In薄膜的制备
本文采用ITO基片作为衬底制备ZnS薄膜。制备前对ITO进行常规物理清洗后，分别在甲醛溶液和丙酮溶液中各超声清洗10分钟，之后烘干基片，将之送入真空腔体开始采用真空热蒸发工艺制备ZnS薄膜（采用ZnS块体材料作为蒸发源）。制备过程中的控制主要工艺条件如下：腔体真空度为3×10-5Torr，基片温度为200℃，沉积速率为2.5A/秒。待ZnS薄膜厚度达120nm后，关闭ZnS蒸发源，进而以ZnS膜层为衬底并以1A/秒的速率在其上方沉积In原子金属层，当In层厚度达到所需厚度后（由需要添加的掺杂量确定），接着以同样的工艺在上方继续沉积120nm厚的ZnS薄膜。之后关闭蒸发源并使其自然冷却到室温，并送入硫化炉在Ar2气氛中进行退火处理。在退火工艺结束后，使样品自然冷却到室温，取出样品，分别测量基片的光学和电学性质。实验中采用X射线衍射仪对ZnS样品物相结构进行测试分析；采用kethely 4200半导体参数测试仪测量样品电阻；采用紫外-可见分光光度计测量样品的紫外、可见光和近红外区的透光率。
为达分析目的，本文分别制备本征ZnS薄膜和ZnS：In薄膜，并对比分析光电性能的变化情况。
2 结果与讨论
本文在前期工作基础上，分别研究了1%、2%、4%、6%、8%、10%浓度的In掺杂对ZnS导电能力的影响，结果发现2%浓度In离子的ZnS具有最佳导电能力。为此，本文根据正交实验原理，用掺杂为2%的In原子来制备ZnS薄膜，在此基础上研究了不同退火工艺对ZnS薄膜的光电性能的影响。
首先，本文采用XRD手段研究了ZnS：In薄膜的物相结构，结果如图1所示。
图1表明，在450℃退火温度下，未掺杂ZnS薄膜和2%浓度In掺杂ZnS薄膜的两个样品均显现（111）方向优先生长，实验中未见其它方向的衍射峰，可见实验样品中没有其它物相存在。掺杂前后，ZnS薄膜的衍射峰的峰高和半峰宽均未见明显改变，说明2%浓度的In原子掺杂并未明显改变ZnS薄膜的物相结构。除此之外，本文还研究了其它退火温度（300℃、350℃、400℃、450℃、500℃）下ZnS薄膜和ZnS：In薄膜的XRD图像，它们均获得了同样的结果（因篇幅限制，图谱不予显示）。
在确认薄膜成分的（ZnS薄膜）的前提下，本文研究了不同退火温度对ZnS光电性能的影响。
图2所示为不同退火温度下ZnS：In薄膜的吸收光谱。由图2可知，不同退火温度对ZnS：In薄膜的吸收曲线略有影响，尤其在退火温度达450℃时，ZnS：In薄膜的吸收曲线已有相对明显的变化。另外，随着退火温度的增加，图2还表明ZnS：In材料的禁带宽度也跟着发生改变，分别从300℃时的3.56eV降低到450℃时的3.49eV。不同的禁带宽度通常被认为与晶粒尺寸效应和Burstein-Moss效应有关[7-9]，此处不予赘述。
为进一步研究ZnS的光电性能，本文采用肖特基方法测量了ZnS薄膜的载流子浓度n，并用吉时利4200半导体参数仪测量了“相同尺寸”下ZnS薄膜的电阻R。根据R和n的关系，可进一步分析出载流子迁移率随退火温度的变化情况。
表1表明，未掺杂时ZnS显n型，这主要是来源于ZnS薄膜中的S空位缺陷的缘故，S原子的逸出使Zn原子能提供出额外的自由电子。表1还表明，随退火温度增加，载流子浓度跟着增加，说明S空位浓度随退火温度增加存在增大的趋势。此外值得注意的是，在较低退火温度（如350℃）下，实验表明，增加退火温度不但能提升载流子浓度，而且能使载流子迁移率也获得增加。然而当退火温度超过400℃时，虽然本征ZnS载流子浓度能继续获得提升，但载流子迁移率却出现了降低的情况。这说明虽然一定的退火温度可有效提升载流子浓度及载流子迁移率（这与晶粒变化情况，如晶界上的缺陷减少存在一定的关系），但较高的退火温度（如超过400℃以上）下，尽管ZnS薄膜中的载流子浓度仍可有一定程度的上升，不过此时膜层质量不但没有提升，反而一定程度有所劣化。由上述研究可知，对ZnS：In的研究中应在500℃左右对退火温度作折中选择。
表2给出了2%掺杂下，ZnS：In薄膜载流子浓度与退火温度的关系。测试结果表明，与掺杂前情况相比，掺杂后的ZnS薄膜载流子浓度普遍增加了约2个数量级左右（如图3所示）。对比表1结果可知，如此大幅度的载流子浓度提升只可能来自于源于掺杂原子In离子的贡献（即+3价的In3+替代了+2价的Zn2+），而非来自于S空位影响关顾。与本征ZnS薄膜类似，ZnS：In薄膜中的载流子浓度也随退火温度增加而增大，这是由于在较高退火温度下，In原子可充分扩散进薄膜，同时以更高浓度的In3+替代了Zn2+位置而导致的。但与本征ZnS薄膜不同的是，在所研究的退火温度范围内，ZnS：In薄膜载流子迁移率随退火温度增加并非显现先上升后下降的趋势，而是一直作显著上升（尤其在400℃以上，这种上升情况不但不停止或降低，反而变得更加显著），可见，这是ZnS：In薄膜与本征ZnS薄膜存在的明显不同。这种变化情况并非来源于掺In导致薄膜质量劣化，进而导致电子迁移率降低，相反，根据表1、表2所测电阻变化分析来看，掺杂前后电阻降低的量级更甚于载流子浓度量级的变化情况，这表明掺In后，薄膜中载流子迁移率不但没有降低，反而有所增加。
为进一步对上述情况进行分析，本文测量了掺杂前后的ZnS薄膜的SEM图像，如图4所示。由图4可见，In原子掺杂前，ZnS薄膜的表面质量高于掺杂后的ZnS：In薄膜（更平整），但ZnS：In的晶粒尺寸却更大。更大的晶粒尺寸有助于降低ZnS：In薄膜的内部缺陷密度，进而获得更高的载流子迁移率，然而粗糙的边界导致晶界缺陷增加，降低了载流子迁移率。可见，两种位置的缺陷存在着一定的竞争关系。为此，研究中通过退火工艺可一定程度上改善薄膜的表面形貌，进而部分消除晶界间的缺陷密度，使得载流子迁移率有所提升（如表2所示）。表2中500℃下退火结果表明，继续通过增加退火温度可望继续改善ZnS：In薄膜的表面形貌，这对继续改善载流子迁移率至关重要。综上，In掺杂与其它掺杂原子不同，它能较大程度地提升n型载流子浓度，并在一定程度上提升载流子迁移率，然而，薄膜的表面形貌同时却发生一定程度劣化。可见，在流子浓度可被满足（掺In较Al杂质更有效提升载流子浓度）的情况下，如何提升In掺杂对膜层质量的影响是ZnS：In薄膜研究中一个更应值得关注的课题。
根据上述研究结果，鉴于500℃下退火ZnS：In具有更高的载流子浓度和载流子迁移率，本文进一步测试该条件下ZnS薄膜的光学性能的变化情况。
退火前，ZnS：In薄膜通过肉眼可见淡灰色，这是因为In原子尚未完全扩散到ZnS薄膜的缘故。退火后，待In离子扩散进ZnS薄膜，样品透光性获得显著增强。图5表明，退火后掺In型ZnS薄膜的透光性已类似或接近于未掺杂ZnS薄膜的情况，这说明掺In对ZnS薄膜的光学性能影响非常有限，掺杂前后的样品均有较高的透光性，在可见光区域内的平均透过率达85%以上，说明薄膜内部的缺陷和杂质对可见光吸收很小。当波长在350nm以下区域，光透过率急剧下降，这是由于随着光子能量的增加，超过ZnS禁带宽度后，束缚层电子被光子激发，因而出现一定程度的吸收，这在图2中可得到同样说明。同样地，在接近区域的吸收边证明，掺In并没有改变ZnS薄膜的基本能带结构。
3 结 论
采用真空热蒸发法制备工艺及正交实验方法，研究了2%浓度In掺杂下，不同退火温度对ZnS：In薄膜光电性能的影响。研究表明，In离子的引入并未产生新的物质，也未改变ZnS的物相，通过In掺杂能大幅度降低ZnS的电阻，这同时归功于ZnS薄膜中的载流子浓度和迁移率均被一定程度提高的缘故。退火工艺对ZnS：In的光电性能有重要影响，500℃退火温度以下，对2%浓度掺杂的ZnS：In薄膜，退火温度越高，载流子浓度和载流子迁移率均越高，同时研究结果表明，In掺杂一定程度上劣化了ZnS薄膜的表面质量。实验表明真空热蒸发法掺In工艺能较大程度提升载流子浓度，在此前提下，如何降低In掺杂对膜层质量的影响，与提升载流子浓度具有同等重要的作用。此外，In离子掺杂并未降低ZnS的光学性能。
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