半導體材料發展前景范文
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篇1
關鍵詞：電子科學技術；半導體材料；特征尺寸；發展；趨勢
1 對現階段我國電子科學技術發展進程向前推進的過程中所使用到的半導體材料進行分析
1.1 元素類半導體材料在我國電子科學技術發展初級階段得到了較為廣泛的應用
作為出現最早并且得到了最為廣泛的應用的第一代半導體材料，鍺、硅是其中典型性相對來說比較強的元素半導體材料，第一代半導體材料硅因為存儲量相對來說比較大、工藝也相對來說比較成熟，成為了現階段我國所生產出來的半導體設備中得到了最為廣泛的應用，鍺元素是發現時間最早的一種半導體材料。在我國電子科學技術發展初級階段因其本身所具有的活潑，容易和半導體設備中所需要使用到的介電材料發生氧化還原反應從而形成GEO，使半導體設備的性能受到一定程度的影響，致使人們在使用半導體設備的過程中出現各個層面相關問題的幾率是相對來說比較高的，并且鍺這種元素的產量相對于硅元素來說是比較少的，因此在我國電子科學技術發展初級階段對鍺這種半導體材料的研究力度是相對來說比較小的。但是在上個世紀八十年代的時候，鍺這種半導體材料在紅外光學領域得到了較為廣泛的應用，并且發展速度是相對來說比較快的，在此之后，GE這種半導體材料在太陽能電池這個領域中也得到了較為廣泛的應用。
1.2 對現階段我國電子科學技術發展進程向前推進的過程中所使用到大化合物半導體材料進行分析
現階段我國電子科學技術發展進程向前推進的過程中所使用到的化合物半導體一般情況下是可以分為第III和第V族化合物（例如在那個時期半導體設備中所經常使用到的半導體材料GaAs Gap以及石墨烯等等），第II和第VI族化合物（例如在半導體設備中所經常使用到的硫化鎘以及硫化鋅等等）、經過了一定程度的氧化反應后的化合物（Mn、Cu等相關元素經過了一定程度的氧化反應后形成的化合物）。在上文中所敘述的一些材料一般情況下都是屬于固態晶體半導體材料所包含的范疇之內的，現階段我國電子科學技術發展進程向前推進的過程中研發出來的有機半導體與玻璃半導體等非晶體狀態的材料也逐漸成為了半導體設備中所經常使用到的一種材料。
2 對現階段我國電子科學技術發展進程向前推進的過程中半導體材料使用階段發生變化的進行分析
在現階段我國半導體設備中所經常使用到的半導體材料硅遵循著摩爾定律所提出的要求發展進程不斷的向前推進，現階段我國半導體設備中所使用到的硅的集成度已經逐漸接近了極限范圍，現階段我國所研發出來的晶體管逐步向著10nm甚至7nm的特征尺寸逼近。但是因為硅材料本身在禁帶寬度、空穴遷移率等各個方面存在一定程度的問題，難以滿足現階段我國科學技術發展進程向前推進的過程中對半導體材料所提出的要求，在10nm這個節點范圍之中，GE/SIGE材料或許是可以代替硅材料成為半導體設備所需要使用到的主要材料的。在2015年的時候，IBM實驗室在和桑心以及紐約州立大學納米理工學院進行一定程度的相互合作之后推出了實際范圍內首個7nm原型芯片，這一款芯片中所使用到的材料都是被人們稱作黑科技的“鍺硅”材料，取代了原本高純度硅元素在半導體材料中所占據的主導地位。
3 對現階段新興半導體材料的發展趨勢進行分析
因為在經濟發展進程向前推進的背景之下，人們對半導體設備的性能所提出的要求也在不斷的提升，人們對半導體設備中所需要使用到的半導體材料在集成度、能耗水平以及成本等各個方面提出的要求到達了新的高度。現階段，第三代半導體材料已經之間的成為了半導體設備中使用到的主要材料之一，作為在第三代半導體材料中典型性相對來說比較強的材料：GaN、SIC以及zno等各種類型的材料在現階段發展進程向前推進的速度都是相對來說比較快的。
4 對現階段碳化硅這種材料的發展和在各個領域中得到的應用進行分析
碳化硅是一種典型性相對來說比較高的在碳基化合物所包含的范圍之內的半導體材料，其本身所具有的導熱性能相對于其它類型的半導體材料來說穩定性是相對來說比較強的，所以在某些對散熱性要求相對來說比較高的領域中得到了較為廣泛的應用，現階段碳化硅這種半導體材料在太陽能電池、發電傳輸以及衛星通信等各個領域中得到了比較深入的應用，在此之外，碳化硅這種半導體材料在軍工行業中所得到的應用也是相對來說比較深入的，在某些國防建設相關工作進行的過程中都使用到的了大量的碳化硅。因為和碳化硅這種材料相關的產業的數量是相對來說比較少的，現階段我國碳化硅行業發展進程向前推進的速度是相對來說比較緩慢的，但是現階段我國經濟發展進程向前推進的過程中所重視的向著環境保護型的方向轉變，碳化硅材料能夠滿足這一要求，所以我國政府有關部門對碳化硅這一種創新型的半導體材料越發的重視了，隨著半導體行業整體發展進程不斷的向前推進，在不久的將來我國碳化硅行業的的發展一定會取得相對來說比較顯著的成果的。
5 對現階段我國所研發出來的創新型半導體材料氧化鋅的發展趨勢進行分析
作為一種創新型的半導體材料，氧化鋅在光學材料以及傳感器等各個領域中得到了較為廣泛的應用，因為這種創新型的半導體材料具有反應速度相對來說比較快、集成度相對來說比較高以及靈敏程度相對來說比較高等一系列的特點，和當前我國傳感器行業發展進程向前推進的過程中所遵循的微型化宗旨相適應，因為氧化鋅這種創新型的半導體材料的原材料豐富程度是相對來說比較高的、環保性相對來說比較強、價格相對來說比較低，所以氧化鋅這種創新型的半導體材料在未來的發展前景是相對來說比較廣闊的。
6 結束語
現階段我國經濟發展進程向前推進的速度是相對來說比較穩定的，并且當今我國所處的時代是一個知識經濟的時代，人們對半導體設備中所需要使用到的半導體材料提出了更高的要求，針對半導體設備中所需要使用到的半導體材料展開的相關研究工作的力度也得到了一定程度的提升，摩爾定律在現階段電子科學技術發展進程向前推進的過程中仍然是適用的，隨著人們針對半導體材料展開的研究相關工作得到了一定的成果，使用創新型半導體材料的半導體設備的性能得到了大幅度的提升，相信在不久的將來，半導體材料市場的變化是相對來說比較大的。
參考文獻
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我國電工新技術的發展
隨著我國經濟的發展，我國的電力企業也取得了較大的發展，這種情況下電力技術的發展，不僅能夠優化供電結構和形式，還能帶動企業的更好更快的發展，下文中筆者將從幾個方面，就我國電工新技術的發展現狀進行分析。
1超導體和半導體材料在電力工業中被廣泛的應用。下超導體和半導體材料的應用可以分為以下幾個階段，下文中筆者將進行詳細論述。a.20世紀60年代初，實用超導體被研發出來并且應用于電工領域，至此超導體材料進入了電工生產，以其應用中的優勢逐漸的取代了其他材料。尤其是20世紀80年代中后期，高臨界溫度的超導體的發現，更奠定了超導體材料在電工生產中的地位。b.半導體的發現和應用給電力設備和儀器提供了新型的電子元件，使得電力設備在不斷的發展過程中，向著自動化前進。
2計算機和微電子技術在電力工業中被廣泛的應用。下文中筆者將對該問題進行詳細的分析：a.電磁場的數值計算對于電力設備的發展有著非常重要的意義，也是近些年來有關單位和部門的研究重點，而計算機技術的應用使得這一計算中的復雜分析和精密實驗問題都得到了解決，大大的推動了電磁場的數值計算的發展。b.數控系統的發展同樣使得電機控制向著更加自動化和全面化的方向發展，使得電機系統的整體使用功能得到了很大的提升。c.電力電子技術作為能源擴展的一個重要的技術，對于提高用電效率和能源的使用率都有著非常重要的意義。
對電工新技術未來的展望
上文中我們分析了電工新技術的發展的必要性和基本現狀，下文中筆者將結合自己的工作經驗，分析未來我國的電工新技術的發展的趨勢和方向，并將其同新能源的開發和利用結合起來進行探討。
1太陽能發電技術。太陽能作為目前最受矚目的新能源，其發電技術對于日后的新能源的發展和使用有著非常重要的意義。因為太陽能的獲取的便利以及利用形式的多樣化，使得其在眾多的新能源中成為了開發重點。而太陽能的使用也將很大程度上改變現有的能源利用方式，所以太陽能發電技術的未來發展前景是十分廣闊的。
2風能發電技術。風能作為新能源的一種，其最主要的應用特點就是其具有較好的清潔性和可再生性，因此也被廣泛的應用于新能源的開發領域。就目前風能的發展速度來看，已經超越了太陽能，成為了世界上發展最快的可再生能源，我國對于風能的發展也給予了多種政策上的支持，所以風能發電將會取得更好的發展成就。
3核能發電技術。受控核聚變的發展以及利用可以提供取之不竭的清潔能源，從根源上解決經濟與能源和環境的協調發展問題。核聚變具有極為重要的科學現實性，它依靠核工業技術以及電工新技術的結合，為能源的利用提供更加便利的方式，核聚變電站的建立還可以促進新興電工產業的發展。
4水力發電技術。我國的水力資源比較豐富，在水力資源集中的中南以及西南地區已經建成了多所發電站。對于水力資源未來的發展以及開發規劃已經進行了較為詳細的策劃和前期的準備工作。重點對金沙江以及黃河上游和湘西等水電基地進行開發，這樣就可以在最大程度上對可開發的資源進行利用，促進水力發電技術的發展。
5磁流體發電技術。磁流體發電是熱能轉化為電能的一種新型的發電方式，可以進行高效率的熱電轉換，具有低污染以及用水少的特點。磁流體發電技術經過發展已經可以持續發電數百小時，最高的發電功率達到幾萬千瓦。磁流體發電技術的發展必須依靠電工新技術以及化工新技術的發展，對于以燃煤為主的我國來說，熱媒磁流體發電技術的利用以及產業化發展具有極為重大的現實意義。
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關鍵詞:LED;性能特點;應用;節電
LED(Lighting Emitting Diode)即發光二極管，是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體芯片作為發光材料，在半導體中通過載流子發生復合放出過剩的能量而引起光子發射，直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。
發光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。目前，發光半導體材料主要由III-V族元素組成，例如磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)，氮化鎵等等。
1 LED特點
LED的內在特征決定了它是用最理想的光源去代替傳統的光源，有著廣泛的用途。
(1)體積小。LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。
(2)耗電量低。高節能:LED耗電非常低，一般來說LED的工作電壓是2 V~3.6 V。工作電流是0.02 A~0.03 A。這就是說:它消耗的電不超過0.1 W。
(3)使用壽命長。在恰當的電流和電壓下，LED高亮度、低熱量，比HID或白熾燈更少的熱輻射，有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。
(4)環保。LED是由無毒的材料制成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。
(5)堅固耐用。LED是被完全的封裝在環氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分，這些特點使得LED可以說是不易損壞的。同時LED可控性強，可以實現各種顏色的變化。
基于LED光源的以上優點，筆者認為應當推廣使用LED，以此達到節約電力資源的目標。
2 具體應用
2.1 用作信號燈
LED信號燈較傳統信號燈有著明顯的優勢:
(1)由于LED發出的光束是向前的并具有一定發散角，這樣就可以不必像白熾燈需要加裝反光碗。而且LED本身發出的是色光，可根據實際情況隨意調節設置所需顏色，達到區別辨識的不同目的，減少重復設置多色彩燈的麻煩，提高光利用率。
(2)工作壽命長，為5～10年，維修保養費用低。而傳統信號燈每年至少需要更換3~4次，維修保養費用高，需要耗費相當的人力和精力鉆研此項工作。
(3)功耗小，一般約僅為白熾燈光源信號燈的10%～20%，這一點是符合國家的相關能源政策。
(4)由于單個LED僅為整個信號燈燈盤殊的一個發光單元，只要信號燈線路板設計合理，即使個別LED燒毀，也不會影響別的LED發光單元，從而影響信號燈整體效果。
2.2 用在照明領域
2.2.1 耗電量少
LED單管功率0.03 W～0.06 W，采用直流驅動，單管驅動電壓1.5 V～3.5 V，電流15 A～18 A，反應速度快，可高頻操作。在同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的1/8，熒光燈管的1/2，初步估計，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代該礦一半的白熾燈和熒光燈，每年可節約35%的現用照明電量。
2.2.2 使用壽命長
普通照明光源采用電子光場輻射發光，有燈絲發光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用LED燈體積小、重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊和震動，不易破碎，平均壽命達10 萬h。
2.2.3 安全可靠性強
發熱量低，無熱輻射，冷光源，可以安全觸摸;能精確控制光型及發光角度，光色柔和，無眩光;不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質。內置微處理系統可以控制發光強度，調整發光方式，實現光與藝術結合。
2.2.4 有利于環保
LED為全固體發光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開發成輕便薄短小型照明產品，也便于安裝和維護。
3 應用前景
LED應用前景廣闊，就拿白光LED來講，不過在講白光LED之前，我們先看看目前所用的照明燈光源的狀況:白熾燈和鹵鎢燈，其光效為12 lm/W～24 lm/W;熒光燈和HID燈的光效為50 lm/W～120 lm/W。對白光LED:光效為15 lm/W～50 lm/W，比一般家用白熾燈或鹵鎢燈相近甚至還高，這完全能達到照明領域的需要。而且隨著LED照明的技術日趨完善，逐步發展到大功率的LED，采用大功率LED為光源，人的視覺效果柔和、均勻，并且大功率LED均采用恒流驅動，無頻閃，長時間工作環境下眼睛沒有疲勞感，是未來綠色照明產品。
篇4
【關鍵詞】新專業 市場 可行性 分析 需求
【中圖分類號】U472 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）04-0117-01
一、開設新專業的指導思想
在職業院校開設新的專業，應以市場為導向，以社會需求為準則，充分發揮地方資源優勢和人才培養優勢。積極地探尋市場、發現市場，把供需鏈條緊緊連在一起。在北京市同層次院校的專業中，做到人無我有，人有我強，人強我特，形成品牌，形成特色。專業設置逐步從“條件驅動”型向“發展需求驅動”型轉變，即根據社會經濟發展需求確定專業設置。從強調我能做什么，能培養什么樣的人才，轉變為強調需要我做什么，需要培養什么樣的人才。本著以上指導思想，現提出開設微電子技術與器件專業的一些方案設想。
二、市場需求分析
微電子技術與器件專業，其就業導向涵蓋了集成電路和半導體材料產業。根據首都“十一五”電子信息產業發展規劃，集成電路、TFT?鄄LCD、計算機及網絡設備、移動通信產業、數字電視產業、半導體照明材料產業和智能交通及汽車電子產業等7個產業是信息產業下一步發展的重點領域。其中集成電路排在了第一位，半導體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：北京將建設中國北方微電子產業基地。從那時到現在，北京集成電路產業走過了蓬勃興起的10年，初步建立起了集成電路設計、制造、封裝測試以及裝備材料互動協調發展的良好格局，確立了北京在全國集成電路產業中的重要地位。
以2010年為例，該年北京集成電路產業全產業鏈實現銷售收入245億元，比2009年增長了31%，產業規模是2000年的20倍左右，占全國的17%。在北京市，電子信息產業產品銷售收入排名位居全市工業第一，占全市工業23%，而集成電路產業全產業鏈的銷售就占了近四分之一。
目前，北京有各類集成電路設計企業約80多家，年總銷售收入約90億元，占全國的1/4。集成電路制造企業3-4（大型）家，實現總銷售收入約60億元，約占全國14%。集成電路封裝測試企業2-3家（大型），實現總銷售收入約90億元，約占全國15%。集成電路裝備制造企業3-4家（大型），實現銷售20多億元，多項裝備在全國處于領先地位。另外，還建有生產集成電路關鍵原料的硅材料科研、生產基地。
當前，北京集成電路產業正迎來跨越式發展的新機遇。國務院2011年4號文為集成電路產業的發展提供優越的外部環境。相信要不了多久北京就會建成具有全球影響力的集成電路產業基地。
政府的大力支持，堅實的產業基礎，廣闊的發展前景，優惠的國家政策，可以說集成電路產業在北京具有得天獨厚的條件。產業的發展必然伴隨著人才的巨大需求，雖然集成電路產業是知識和資金密集型產業，但它同樣需要大量應用型技術人才。比如集成電路設計，需要大量的程序錄入和輔助支持技術人員；集成電路制造，需要大量的高科技設備儀器操作員、工藝技術員、質量檢驗員和設備維護技術人員；集成電路封裝測試，同樣需要大量的高科技設備儀器操作員、工藝技術員、質量檢驗員和設備維護技術人員。另外，半導體硅材料及單晶硅片的生產等，都需要大量的應用型技術人才。
三、可行性分析
在我院設置微電子技術與器件專業具有非常好的條件并且可行，其理由主要有以下幾個方面：
1.我院在中專學校升高職院校之前，南校區就有這個專業。因此，在師資力量、教學資源、實訓資源、招生分配等方面都有一定的基礎和經驗，設置微電子技術與器件專業可以說是駕輕就熟。
2.該專業的設置符合國家產業政策，契合北京“十一五”電子信息產業發展規劃，因此，獲得上級單位批準的幾率大。
3.在北京“十一五”電子信息產業發展規劃中，7個重點發展領域，集成電路產業排第一，半導體照明材料產業排第六，因此，設置該專業可獲得國家和北京市資金的大力支持。
4.分配就業前景良好，正如市場需求分析中所提到的，集成電路產業在整個電子信息產業已經占到了四分之一左右，而且，今后將跨越式發展，必然需要大量的應用型技術人才，因此，該專業畢業學生的就業前景良好。
四、困難及解決途徑
在我院設置微電子技術與器件專業也會遇到一些困難，仔細分析有以下幾個方面：
1.生源問題。微電子技術與器件這一名稱，屬于比較新的科技名詞，一般人在日常生活中很少接觸，理解起來有一定困難，不知道這一專業到底學什么，畢業后干什么。因此，會出現專業招生困難，或招不到相對高素質的學生。
解決辦法：一是改專業名稱，起一個即通俗易懂，又能代表專業含義的名稱，這有一定困難。二是加強宣傳，在招生時，宣傳材料、現場解說、視頻資料等全方位進行，使考生了解北京市的產業政策和就業前景，提高對該專業的認知度。
2.實訓問題。微電子技術與器件專業的實訓環節比較困難，我們知道現在強調實訓模擬真實場景，而集成電路產業鏈的工序非常多，每一道工序的設備儀器都非常昂貴，動則幾百萬，建立校內實訓基地，場地和資金都是問題。
解決辦法：一是計算機模擬，現在多媒體教學設備完善，各種模擬軟件很多，通過購買和教師制作等方式來模擬實際工藝，替代昂貴的真實設備儀表。二是下廠實訓，校企合作辦學是學院發展的方向，我院有良好的基礎和得天獨厚的條件，北京分布著眾多的集成電路設計、生產、測試企業可供我們選擇實習參觀，而且，我院已經和許多這方面的企業簽有校外實訓基地協議，如中國電子集團微電子所，北京飛宇微電子科技有限公司，中國科學院微電子所，燕東微電子有限公司等。我院應充分利用這一優勢，解決微電子技術與器件專業的實訓問題。
參考文獻:
[1]尹建華，李志偉 半導體硅材料基礎，北京.化學工業出版社，2012
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[關鍵詞]太陽能；光伏發電技術；應用；前景
中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）18-0149-01
隨著社會的不斷發展，對于能源的需求也在不斷增大。但資源的匱乏、能源的緊缺以及生態問題的日益突出成為目前最大的問題，引起了全世界的關注和擔憂。此時人們認識到可持續發展的重要性，并開始關注資源的有效利用和管理。太陽能資源是一種干凈、無污染、分布廣泛的一種可再生資源，符合了當前環保節約的生產要求，逐漸被人們所認可和采用，并成為公認的理想化替代性能源之一。人們在太陽能研究基礎上研究了光伏發電，實現了從太陽能到電能的有效轉變，這對于人類生活來說具有重大意義。如果對于太陽能加大研究和探索，用它來代替石油、煤炭等不可再生資源將是全人類的福音。
一、太陽能光伏發電技術的原理
太陽能光伏發電系統是由光伏電池板、控制器和電能儲存及變換環節構成的。這種新型的發電體系中太陽能電池起著調節轉換的作用，也被稱為光伏電池，太陽能電池之所以能夠產生電源其主要的原因是光生伏特效應導致的。當太陽光線或其他一些光源照在這種特殊性能的電池上的時候，它會將全部的光線吸收到體內，從而形成光生電子―空穴對。光生電子和空穴在里面經過一些特殊的化學反應以后會出現相互離散的現象，異號電荷會不斷地積累然后集中分布在兩頭，所謂的“光生電壓”也就產生了，這就是太陽能發電的原理“光生伏特效應”[1]。要是把電極內部的兩極進行導出處理，然后和負載連接在一起，“光生電流”就會從負載流出，在這種情況下就會引起功率的流失。可以無限獲取的太陽的能量就能轉換成我們日常生活以及生產所需的源源不斷的能量了。
經過長時間仔細研究與分析我們總結出了這一偉大的轉換工作之所以能夠順利完成的基本原理：①當電池板吸收了足夠的太陽光線的時候，在其內部就會形成電子―空穴對產生，也就是所謂的“光生負載電子”，它們的主要區別就是電性是相反的，空穴帶正電，電子帶負電；②在半導體節中生成的具有特殊性的電場在化學反應的影響之下會將光生電流的兩種性能卻別開來[2]；③太陽能電池的正、負極分別收集光生載流子和空穴，在這種情況下電路中就會有電流出現，我們日常生活生產活動所需的電量就會出現。
二、太陽能光伏發電技術的具體應用
2.1 獨立光伏發電系統的建立
獨立光伏發電系統由于不與公共電網相連接，因此其建設地點一般選在與電網隔離的偏遠地區，比如海島、移動通訊站及邊防哨所等。儲能元件是獨立光伏發電系統中不可缺少的，這是由于太陽能發電一般選擇在白天，然而負荷用電是全天24h實施，這就需要在光伏系統中設置必要的儲能元件。在氣象環境影響下，其供電可靠性很難得到保障，然而對于偏遠無電地區而言這一系統的建立已然產生十分重要的社會價值。
2.2 光伏建筑一體化應用
關于光伏建筑的一體化應用主要表現為兩個方面：通過在建筑物屋頂安裝光伏器件的方式實現電網與光伏陣列的并聯，進而構成光伏建筑一體化系統；通過建筑和光伏器件集成化的方式于屋頂位置設置光伏電池板，利用光伏玻璃幕墻替代原有幕墻，提高墻面積屋頂的太陽能吸收量，這就同時實現了建材功能與發電功能，是對光伏發電成本的有效控制。與此同時，在墻體外飾材料研究方面也出現了全新的彩色光伏模塊，這在充分利用太陽能光伏發電原理的同時也使得建筑物外觀更具美學欣賞價值。
2.3 混合型光伏發電系統的構建
所謂的混合型光伏發電系統是將多種發電方式相互融合并應用于光伏發電系統的過程，混合型光伏發電系統的構建旨在發揮不同發電模式的技術優勢，揚長避短，從而更加有效地提高電能的利用率。例如光伏發電經常會受到天氣狀況的影響，在冬季風力較大地區，就可通過光伏發電和風力發電的混合模式，盡可能減少天氣變化對發電系統的影響，進而達到控制負載發電率的目的。
2.4 光伏發電在LED照明中的應用
作為半導體材料制作而成的組件，LED 與光伏發電的結合可實現電能至光能的轉化。這一半導體照明技術不僅有著環保、節能、高效的技術優勢，并且照明周期較長，且易于維護。光伏發電在LED照明系統中的應用突出了光生伏特效應的技術原理，通過太陽能電池實現對太陽能至電能的轉化，再借助LED照明系統將其轉化為最終的光能。由于 LED 照明和光伏發電技術同是直流電，因此轉化過程并不需要借助變頻器，這明顯提高了整個過程的執行效率。除此之外，在可充放蓄電池的輔助下，光伏發電在 LED照明中的技術優勢必將更加突出。
三、太陽能光伏發電應用普及障礙及發展趨勢
3.1 我們都知道太陽能屬于一種綠色資源，而且隨著科學技術的發展我國利用太陽能技術滿足生活生產所需的技術水平也在不斷提高，但是在這種新型的發電系統中還是存在各種不足之處需要我們進行調整和完善，主要表現在：使用策略、環保型和社會需求等，這些因素都在某一些程度上影響了這種新型發電體系的普及，另外，由于太陽能發電成本太高；制作所需的材料還是銷售所需的市場都不再本土市場中，產業與市場倒掛現象嚴重；太陽能光伏產業投資出現的潮涌現象，這些都在很大程度上制約著太陽能光伏發電應用的普及。
3.2 發展趨勢與發達國家相比，我國太陽能光伏發電還有很多需要完善的地方，需要政府及相關部門予以政策和資金上的支持，以保證新能源和可再生能源得以良好地發展。目前，我國政府對新能源和可再生能源的發展給予了高度重視，面對化石能源的枯竭，大量化石能源對環境的影響逐漸加劇，國家起草了可再生能源開發戰略規劃，為我國新能源以及可再生能源的長期發展制定了指導方針。在規劃當中，對于新能源的利用效率提出了要求，其中發電總容量達到了6000萬kW，太陽能光伏發電達到45萬k W。未來我國太陽能光伏發電的總量將逐漸提升，覆蓋的范圍也將更為廣泛，成為我國電業行業發展的主要能動力。相信通過各方面的協調配合以及努力，我國的太陽能光伏發電技術將向著更快、更好的方向發展。
參考文獻：
篇6
【關鍵詞】量子點；性質；合成；表面修飾
量子點主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素組成的均一或核殼結構納米顆粒，又稱半導體納米晶體。由于發生結構和性質發生宏觀到微觀的轉變，其擁有獨特的光、電、聲、磁、催化效應，因此成為一類比較特殊的納米材料。自1990年7月美國召開第一屆納米會議[1]，各國都在納米技術方面給予巨大的投入，使得包括量子點技術在內的納米技術飛速發展，其應用已突破原來的微電子和光電材料領域[2-3]。
1 量子點的基本特性
量子點的基本特性有：量子尺寸效應，表面效應，量子限域效應，宏觀量子隧道效應，除此之外，量子點具有一些獨特的光學效應[4]，這使得量子點較傳統的熒光染料用來標記生物探針具有以下優勢：
（1）量子點具有寬的激發光譜范圍，可以用波長短于發射光的光激發，并產生窄而對稱的發射光譜，避免了相鄰探測通道之間的干擾。而有機染料熒光分子激光光譜較窄，每一種熒光分子必須用固定波長的光來激發，而且產生的熒光峰較寬，且不對稱，有些拖尾，這給區分不同的探針分子帶來了困難，故很難用有機染料分子同時檢測多種組分。
（2）量子點還可以“調色”，即通過調節同一組分粒徑的大小或改變量子點的組成，使其熒光發射波長覆蓋整個可見光區。尺寸越小，發射光的波長越小。因此可用一個激發光源同時激發多個不同尺寸的量子點，使它們發出不同顏色的光進行多通道檢測。這樣可以同時使用不同光譜特征的量子點，而發射光譜不出現交疊或者只有很小程度的重疊，使標記生物分子的熒光光譜的區分、識別都會變得更加容易。
（3）量子點的穩定性好，抗漂白能力強，熒光強度強，具有較高的發光效率。半導體量子點的表面上包覆一層其他的無機材料，可以對核心進行保護和提高發光效率，從而進一步提高光穩定性。Chan和Nie通過實驗證明ZnS包覆的CdSe比羅丹明6G分子要亮20倍和穩定100～200倍，可以經受多次激發而其光學特性沒有顯著變化，且標記后對生物大分子的生理活性影響很小，因此為研究生物大分子之間的長期作用提供了可能。
正是由于量子點具有以上特性使其在生物識別及檢測中具有潛在的應用前景，可望成為一類新型的生化探針和傳感器，因此備受關注。
2 量子點的合成
根據原料的不同分為無機合成路線和金屬-有機物合成路線。兩種合成方法各有利弊，但目前水相體系的合成為主[5]。
2.1 金屬-有機相合成
主要采用有機金屬法，是在高沸點的有機溶劑中利用前驅體熱解制備量子點，前驅體在高溫環境下迅速熱解并結成核晶體緩慢成長為納米晶粒。通過配體的吸附作用阻礙晶核成長，并穩定存在于溶劑中。其制備的量子點具有尺度范圍分布窄，熒光量子產率高等優點。但其成本較高且是油溶性的，與生物相溶性差，不能直接應用到生物體系，經過水溶性基團修飾轉移到水相中，量子產率降低，甚至發生完全熒光淬滅現象。因此針對上述特點，量子點有機制備的兩個發展趨勢：一是合成方法的改革，使用一些低成本，低污染的綠色環保型試劑代替昂貴的試劑。例如，油酸，液體石蠟的使用代替TOPO，TOP等；二是合成量子點結構的變化，從最初的單核量子點到核殼式結構量子點再到近來比較熱門的混合多晶量子點，使其具有更加優異的光學性能，通過改變組成比例而不改變量子點尺寸來實現發射光譜的調節獲得覆蓋近紅外以及整個可見區光譜，這是二元量子點無法做到的。在操作過程中，改變組成的比例往往比調節尺寸更容易控制而且精確度較高。
2.2 無機合成路線
目前常用水溶性硫基化合物，檸檬酸等做為保護劑在水相中制備量子點。硫基化合物，檸檬酸等與量子點的穩定性、功能化有關，因此選擇帶有適當官能團的保護劑對于控制量子點的表面電荷及其他表面特征極為重要。水相合成量子點操作簡便，重復性高，成本低，表面電荷和表面性質可控，很容易引入官能團分子。量子點質量的好壞直接關系到其應用研究的開展和研究成果的優劣。
3 量子點的表面修飾
通常制備的量子點水溶性較差，不能直接與生物物質相互相互作用，從而得到探針，因此，首先對制得的量子點進行適當的表面修飾[6]。通過特定的表面修飾和表面處理以獲得其對某個分析物品的識別功能，目前使用的量子點表面改性技術可歸納為表面無機修飾和表面有機修飾兩大類。
量子點表面的無機修飾，單獨的量子點顆粒容易收到雜質和晶格缺陷的影響，熒光量子產率很低。但當以其為核心，用另一種半導體材料包覆，形成核殼結構后，就可以將量子產率提高。并在消光系數上有很強的增加，因而有很強的熒光發射。
量子點表面的有機修飾，量子點表面配位不足容易產生帶隙表面態，通過加入有機表面活性等有機配位體與量子點表面離子鍵合，可以提高表面原子配位的飽和程度。但是，有機配位體不能同時將表面陰陽粒子完全鈍化，表面依然殘留有較多的懸鍵，鈍化效果不理想，量子產率同樣不能大幅度提高。
如果選擇量子效率最高的樣品，經過表面修飾作用，可將量子效率提高到40%。
4 結論
量子點具有尺寸效應，表面效應，量子限域效應，宏觀量子隧道效應、特殊的光學效應，使得量子點在光、電、磁、生物等領域得到廣泛的研究與應用。無機相和有機相均能制備不同性質的量子點，進而通過特殊的表面修飾，提高量子點的親水性；引入特殊的官能團擴大量子點的應用范圍，其生物應用得到進一步深入，總而言之，量子點隨著研究的進一步深入，在多學科領域的應用將進一步拓展。
【參考文獻】
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篇7
關鍵詞：LDE；照明；舞臺；應用
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
中圖分類號：TU731.4 文獻標識碼：A文章編號：
概述
近年來，半導體技術的快速發展極大的促進了大功率LED照明燈具的進步，LED的應用已從起初的數碼顯示屏、信號指示向更多的領域拓展。由于其在光學上的優良品質，LED燈具在舞臺照明方面表現出良好的特性，到越來越多的廣應用。舉世矚目的08年北京奧運會開閉幕式和近年來的央視、地方春晚都開始大量采用LED照明燈具，LED取代傳統舞臺燈具，逐步成為舞臺照明的主流。
以前，影視舞臺照明用專業照明燈光設備多為1 ～18kW的大功率鹵鎢光源燈具，但鹵鎢光源由于其自身結構缺陷，做舞臺照明時存在許多問題。首先，傳統光源光效低，產熱多，電力消耗的95%以上轉化成為熱能，能源浪費嚴重 ；其次，傳統光源將大量的電能轉化為熱能，產生巨大的熱污染和紅外輻射，另演員產生不適，影響演出效果。為保證演出效果，往往需要高負荷的空調降溫，提高了演出成本；最后，傳統鹵鎢光源壽命一般為200h左右，照明的可靠性低，照明運營成本高。其他光源，如熒光燈、高壓鈉燈等，盡管光效較高，但一般較難滿足影視舞臺照明所需的光源照度和顯色效果等特殊要求，也難以適用。
一、LED作為舞臺照明燈具的優勢
LED燈具之所以受到青睞，是由于它與傳統燈具相比有著不可比擬的優點。
首先，LED燈具是半導體元件，利用不同的半導體材料制成的LDE燈管直接生成紅、藍、綠光，色彩飽和度高，達90％以上，單色性好。光學上，利用三基色可以組合出更加艷麗多彩的光色。因此，采用LED燈具可以完全替代傳統燈具，產生更絢麗多彩的燈光效果，能廣泛地應用于劇場、電視、電影等演出場合。
其次，LED光源比普通自熾燈泡節能70％～80％，高效節能環保。對LED進行的的光譜分析顯示，其中中不含有紫外線和紅外線，暈光小，熱輻射低。另外，LED為半導體器件，不含有害金屬，屬于真正的綠色照明冷光源。在新一輪的低碳經濟競爭中，節能環保是目前人類資源和我國可持續發展戰略的主流，能源無疑會越來越多的收到社會的關注。據統計，我國現有劇院、演播廳、演出場所萬余家，照明光源錯綜復雜，總的電力資源消耗極高，若全部采用高效節能的LED燈，每年可節電800億千瓦時，減少二氧化碳排放8000萬噸，將對我國節能環保作出重要貢獻。
再次，由于發光原理不同，傳統的照明燈具需預熱，啟動時間長。相比之下LED光源無需預熱時間，可瞬間啟動，因此LED光源可更好的利用數字控制技術。采用LED燈具后調光系統可以直接用調光控制臺對LED光源的燈具進行控制，提高了工程控制與設備的可靠性，簡化了燈具的控制系統。LED照明燈具與傳統舞臺照明燈具性能對比，見下表
此外，額定工作條件下壽命可以達到5萬小時，是鹵鎢光源的200百，使用壽命長，是目前光源中使用壽命最長的光源。LED光源是半導體元件，每千小時亮度衰減僅為5％，制作無需玻璃、鎢絲等易損部件，工作穩定。舞臺用大功率LED燈具的電源驅動采用PWM技術，恒流驅動，也提高了LED燈具的穩定性能，減少了用戶的日常維護費用。以中型劇場為例，在同樣光學要求下的燈光配置，傳統照明燈具與LED燈具運營費用如下表
由表可知，初始投資LED燈具是傳統燈具的兩倍左右，但由于運行費用每年節省90多萬元，兩年時間即可見效。
二、影視舞臺劇場用大功率LED燈具的研況及應用實例
目前，LED已大量應用于景觀照明、顯示屏、路燈、交通指示等場所。在舞臺照明方面，由于演出需要，多采用大功率照明燈具。在國家“863”計劃項目支持下，我國先后研制出100W的LED柔光燈和聚光燈、 400W聚光燈、300W光束燈、400W變色聚光燈等舞臺燈具，并成功應用。本文以長安劇院為例，具體闡述LED照明燈具在舞臺應用方面的優勢。
長安大戲院，建于1937年，為世界第一個LED綠色照明劇場。其中，長安大戲院主舞臺采用LED的400W變色聚光燈、300W光束燈具、400W聚光燈具等，其余采用LED的筒燈、燈管、平板燈等。后期跟蹤數據顯示 ：安裝LED舞臺燈具后，戲院舞臺工作溫度由52℃ (空調降溫）下降到31℃ (無空調降溫），面光橋內溫度由50℃ (空調降溫）下降到34℃ (無空調降溫）。
三、大功率LED舞臺燈應用前景廣闊
統計顯示， 2011年我國總發電量達4.6萬億千瓦時，照明耗電約占其10%～12%。按占全國總發電量的10%計算，2011年我國照明耗電達4600億kWh，是三峽水力發電工程年發電能力（847億kWh）的5.43倍左右。隨著我國社會文化事業的發展，影視舞臺照明耗電量在整體照明領域中所占比重越來越大，。以一場100分鐘的舞臺演出為例，其耗電量達到2200千萬時以上。全國共有劇場、舞臺、禮堂等演出場所數萬家，各類大型文化演出累出不窮，演出照明用電驚人。預測顯示，若舞臺影視照明全部采用LED燈具，按節電80%計算，預期節電近100億千瓦時，節能效果顯著。
LED照明燈具因其自自身技術優勢，成為當今舞臺照明設備的主流，在新一輪低碳經濟環境下必將顯現出更強大的競爭力。
參考文獻:
【1】 李澤青. LED燈具在數字化演播室中的應用.
【2】 萬榮.凌玲.影視舞臺用大功率LED照明發展前景廣闊.
【3】 戴牡香. 舞臺新光源新燈具動態
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.
關鍵詞：并聯；串聯；溫差發電；發電效率
Key words： parallel；series；temperaturegeneration；power generation efficiency
中圖分類號：TQ163 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0133-02
0 引言
溫差發電由于具有廢棄能量利用，減少能源利用帶來二次污染，等優秀性質，在汽車、鍋爐等實際工業應用中有著較大的發展前景。因而受到諸多能源研究學者的青睞。許艷艷[1]等通過模擬的方法研究了發電片矩形柵格增加吸收幅度，冷熱端平均溫差比無格柵時提高了49.33%，從而提高其能量吸收與發電效率；程富強[2]等研究了碲化鉍半導體材料的溫差發電特性，結果表明輸出功率隨熱電元件截面積的增大而減小，面積比功率和能量轉化效率則緩慢下降；導熱基底越厚，輸出功率和能量轉化效率均越減小；賈磊[3]等對半導體熱電材料在低溫下的塞貝克系數進行了實驗研究，結果表明N型半導體塞貝克系數隨溫度上升而減小，P型半導體塞貝克系數隨溫度上升而增加；Douglas[4]等針對動態變化熱源設計出多模塊交互回路溫差發電器，將輸出功率大幅度提高，terasaki[5]等首次發現 NaCo2O4單晶在室溫下具有較高的塞貝克系數，這使得溫差發電大規模應用變成了可能的現實。就目前情形來看，溫差發電能量實際產出率較低，因此未被大規模使用，因此國內部分學者對溫差發電的投入產出比進行了研究[6]，結果表明能量產出對設備資本回收周期較長。
本課題研究建立在利用汽車尾氣所包含余熱發電，并利用所產生電量為汽車尾氣監測與減污供能，并通過實驗驗證能夠提供足夠的能量，此方法不需要在汽車上更改供能線路，對已經投入使用的汽車有更加實際的經濟意義。在此基礎上本文利用汽油機代替汽車發動機，電風扇代替汽車行駛中的自然風冷，對溫差發電的功率進行了研究。
1 實驗方法
實驗采用汽油機替代汽車，并對尾氣排放部分利益金屬進行填充和銑磨平整，利于放置溫差發電片，溫差發電片厚度3mm。實驗中尾氣經內部冷卻后在尾氣排放管附近溫度為85℃，室溫為11℃；溫差發電片放置分并排放置與2層疊加放置2種放置方法，發電片的連接有串聯和并聯兩種方法；功率測量時間間隔為1min。經上述裝置所產生電量利于萬用表測出其電動勢與電流，得到發電功率，并比較不同放置情況下功率隨時間變化規律。
2 實驗結果及分析
2.1 發電片熱端溫度變化規律
發電片熱端溫度為排氣口尾氣溫度不經過任何處理，汽油機本身尾氣排放口溫度在85℃左右。如圖1可見，自汽油機發動起發電片熱端溫度隨時間推移而逐步升高；初始階段呈近似指數曲線升高至70℃，而在70℃之后升高速率明顯下降，在上升至77℃時，溫度不再上升，其主要原因是發電片冷端風冷也會再一定程度上影響到熱端溫度，因此熱端溫度不能達到85℃。
2.2 4塊溫差發電片組合發電效率
圖2為4塊溫差發電片并聯連接與串聯連接后的發電功率隨汽油機使用時間的變化規律。從圖2中可以看出并聯連接發電功率從0開始緩慢上升，此時發電片冷熱端溫度均在常溫；隨時間推移，熱端溫度升高，溫差拉大升，發電功率迅速提升，但是持續時間僅在26min至32min之間，在32min時功率達到最大值為4.8W。其主要原因為初始階段冷熱端溫差幾乎不存在，兩者溫度均為常溫，隨時間推移熱端溫度率先升高，在此過程中冷端溫度滯后于熱端溫度升高，此時發電功率呈現上升趨勢；到32min之后熱端溫度穩定，冷端溫度繼續升高，冷熱端溫差降低，因此發電功率呈現出降低趨勢；當冷端溫度升高到一定值時不再升高，發電功率穩定在3.2W。從圖2中還可看出串聯連接4塊發電片后發電功率變化規律與并聯相似，但其峰值明顯低于并聯，從電路連接上看，串聯時能夠提供更高的輸出電壓，但是其內阻疊加導致發電片內部消耗了一部分功率，輸出降低，而發電片并聯連接內部電阻減小，是以內阻消耗功率降低。
2.3 8塊溫差發電片組合發電效率
圖3為8塊溫差發電片組合發電效率，從圖3中可以看出疊加串聯與并聯及并排串聯與并聯方式放置與連接，其單個曲線變化規律與4塊連接相似，均為先緩慢上升，后急劇升高，到達最大值后由于溫差減小發電功率降低。分別比較2層疊加排布與并排排布印證了3.2中串聯連接穩定功率低于并聯連接穩定功率。比較疊加放置與并排放置可以發現并排放置發電片時最高發電功率可達7.8W，穩定時發電功率為并聯7.2W、串聯5.6W；疊加放置最高發電功率在3.8W左右，穩定時并聯連接發電功率為2.8W、串聯2.2W，疊加放置發電效率低于并排放置，其主要原因在于疊加放置以第一層冷端為第二層熱端，而發電片本身厚度較小，因此放置一層與兩層最里側與最外側溫差相差不大，因此降低了第二層的發電效率。同時比較圖2與圖3，利用8塊發電片效率相較于4塊，其峰值與穩定功率均有大幅度上漲，但是漲幅不足2倍，說明發電片增加的同時發電功率上漲，但是從成本角度來說發電成本亦增加。
3 結論
①汽車尾氣出口發電片熱端溫度先升高，升高至77℃后不再上升趨于穩定狀態。②串聯連接發電片發電效率低于并聯連接。③單純靠增加發電片來增加發電功率會影響其能量產出成本。④并排連接時發電效率高于疊加連接。因此在一定資金范圍內需要增加發電效率，可將發電片串聯連接改為并聯連接。
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篇9
【關鍵詞】光伏產業 光伏技術 太陽能電池 光伏并網
中圖分類號：D80 文獻標識碼：A 文章編號：1009―914X（2013）35―371―01
引言
近年來頻頻出現常規能源危機嚴重影響了國家的經濟發展和居民的日常生活，能源問題日益成為制約國際社會經濟發展的瓶頸。為了擺脫能源短缺的困擾，開發太陽能資源，尋求經濟發展新動力成為各國能源發展的主要課題。為了達到對清潔能源及電網可持續發展的要求，世界各國紛紛將目光聚焦在太陽能發電上。太陽能取之不盡、用之不竭，能緩解能源危機和減少環境污染，是理想的可再生能源。隨著近年來光伏發電效率的不斷提高和太陽能板造價的降低，太陽能光伏發電的應用前景空前廣闊。而光伏并網發電作為太陽能發電的主要形式之一，也受到越來越多的關注。
我國地處北半球，有著廣闊的土地，大多數地區年平均日輻射量在4kwh/m 以上，青藏高原日輻射量最高達7kwh/m。對太陽能這種可再生能源的開發和利用主要表現在太陽能光伏發電上，在我國西部發展光伏產業有著有利因素：光伏電站適合西部特殊的居住環境，特別是青藏高原有著得天獨厚的地理環境優勢。國家能源政策的支持，國家將開發利用新能源和可再生能源放到國家能源建設開發戰略的優先地位，這為發展光伏產業提供了巨大的政策支持。
1 光伏技術概述
太陽能光伏技術是將太陽能轉化為電力的技術，其核心是可釋放電子的半導體物質。最常用的半導體材料是硅，地殼中硅儲量豐富。太陽能光伏電池有兩層半導體，一層為正極，一層為負極，陽光照射在半導體上時，兩極交界處便產生電流。太陽能光伏系統中最重要的是電池，是收集陽光的基本單位。大量的電池合成在 起構成光伏組件，有時還用逆變器對電流進行轉換，以適合不同電器的使用要求或與電網相匹配。太陽能光伏電池主要劃分為：晶體硅電池（包括單晶硅、多晶硅、帶狀硅）、非晶硅電池、非硅光伏電池。此外，薄膜電池可大大節約原材料使用，成為太陽能電池的發展方向，但是其技術要求非常高，而非晶硅薄膜電池作為目前技術最成熟的薄膜電池…，成為目前薄膜電池中最富增長潛力的品種。
2 光伏產業現狀與分析
近些年，太陽能光伏產業形成了爆炸性增長，全球太陽能電池產量增加，而中國太陽能電池產量更是猛增，成為全球名列前茅的太陽能電池生產國。在國際市場和國內政策的推動下，中國的光伏產業正迎來了發展高峰期，太陽能電池和組件產量位居世界前列。
3 產能與市場分析
在世界光伏市場的拉動下，我國光伏產業得到了迅猛發展，我國太陽能電池產量己位居世界前列。
3.1光伏發電之所以能在有些國家迅速進入千家萬戶，主要得益于這些國家政府行之有效的引導與激勵措施。我國對太陽能發電項目有一定的鼓勵措施，在對太陽能發電項目，上網電價方面都有優惠政策和鼓勵措施。
3.2在全球能源緊張的狀況下，新能源產業的發展是大勢所趨，目前出現的產能過剩現象豐要受限于各國對太陽能光伏產品的推廠力度。
4 光伏產業發展前景分析
光伏首先是一個能源行業，而能源是無限量的行業，在全球能源緊張的狀況下，新能源產業的發展勢不可擋。新材料和新技術的進步是未來光伏產業最主要的發展動力。技術的進步將促使上游產品供給的穩定和價格的下調，使大規模生產和應用具備必要的條件；光能轉換率的不斷提高則意味著新型太陽能電池相對于傳統能源將具有更強的競爭力。隨著多晶硅供應瓶頸的解決及化合物薄膜電池技術的不斷發展，光伏發電成本不斷降低是必然的趨勢。
5 光伏并網系統
5.1光伏并網系統簡介
典型的光伏并網系統結構包括：光伏陣列、DC-DC變換器、逆變器和集成的繼電保護裝置。變換器將光伏電池所發電能逆變成正弦電流并入電網中。通過DC—DC升壓斬波變換器，可以在變換器和逆變器之間建立直流環，升壓斬波器根據電網電壓的大小來提升光伏陣列的電壓以達到一個合適的水平，同時DC—DC變換器也作為最大功率點跟蹤器。控制器控制光伏電池最大功率點跟蹤、控制逆變器并網電流的波形和功率，使向電網轉送的功率與光伏陣列所發的最大功率電能相互平衡。
5.2光伏并網系統的優缺點
光伏并網發電的優勢有：能源效益。特別是夏季，光伏電能在用電高峰時段創造的價值可達平時的3～4倍。
光伏并網發電的不足有：光伏發電成本高。如果沒有相關政策支持，光伏發電難以推廣普及。光伏發電受地理位置、日照強度、光伏電池特性等因素的制約。
6 光伏并網策略
傳統配電網絡的設計往往是為了滿足“單點供電，多點用電”的運行模式。光伏發電等分布式發電系統的加入，使得電網中的供電源變得多而分散。對電網而言，分布式發電功率越大，其對電網的影響也逐漸增大。對于光伏發電系統的并網要求，國際上已經有了很多的標準。我國的標準主要分散在一些國家標準里，也正在制訂一些專用的標準。
6.1 網點選擇
根據光伏并網的容量不同，選擇相應的入網點：
容量幾兆至幾十上百兆的光伏并網系統一般都是大型光伏電站，和普通發電站不同，光伏電站占地面積大，且需要有充足的日照時間，因此，一般選擇在光照充足、土地面積充足的郊區。
6.2光伏并網效率
光伏并網的效率主要與兩個方面有關：一是光電轉換效率，二是將電能按電網電能質量要求傳輸到電網的效率。光伏器件的輸出功率是其所受日照強度、器件內部結溫的非線性函數。
6.3并網控制方案
電網必須將光伏發電站當作真正的“發電站”來對待，這就對光伏電站提出了更高的要求，不單是被動地滿足電能質量要求，而是主動地對電站進行調度和管理。
一般來說，電網對光伏發電輸入容量的控制模式有：
（1）正常運行。光伏并網系統傳輸盡可能多的電能，此時光伏電池工作效率最高，發出的電能不通過蓄電池，直接經過逆變器輸送給電網。
（2）受限運行。光伏發電站按照電網設置的預期輸入功率運行，從而達到削峰、主動負荷控制等目的。由于此時系統操作員可能會持續更改分配入網電量，光伏發電系統中電力波動不可避免。
（3）均衡運行。該模式用于緩解光伏電源的電力波動，即減輕與電網在公共耦合點的電壓和諧波不平衡，使其向電網傳輸更多高質量電能。
7 結語
我國是太陽能資源相當豐富的國家，在大力發展智能電網的背景下，光伏并網發電得到了前所未有的關注。而且隨著光伏器件價格的不斷下降和國家對光伏產業的政策扶持，光伏發電必將會成為能源結構中的重要組成因素。我們還要對電量預測技術。保證光伏電站和水電、火電等電站的配合發電，最大程度地減小由于光伏電站發電量波動對電網的影響。
參考文獻：
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篇10
關鍵詞： ZnS薄膜；In摻雜；真空熱蒸發；光電性能；退火
中圖分類號：TN304.8 文獻標識碼：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具有優良的物理化學性質，由于它同時具有化學性質穩定，含量豐富，無毒環保等優點，因而發展前景被非常看好，目前ZnS在光學鍍膜、光電導體及光伏器件等諸多領域均獲得重要應用[1，2]。在光伏電池方面，基于ZnS作為窗口層的太陽能電池的轉換效率較高，接近于有毒CdS材料的太陽能電池[3]，因而ZnS被認為是無毒環保型太陽能電池窗口層材料的最佳選擇。為進一步發揮ZnS在該方面的應用潛力，通過合適的制備工藝獲取高質量ZnS薄膜，并以合適的摻雜工藝及后處理措施獲取較高載流子濃度、較高遷移率和較高的光學透過率能力是ZnS在光伏領域應用的關鍵。但另一方面，目前關于ZnS的摻雜研究大多集中于發光型ZnS材料方面，而對作為半導體材料的ZnS摻雜研究則較少，更甚的是，僅有的一些關于半導體材料型ZnS摻雜研究又較多集中于Al摻雜方面[4-6]。本文考慮到In離子和Zn離子在物理和化學性質上具有較高的相似性，并綜合考慮真空熱蒸發法在工藝和成膜質量上的優勢，擬用真空熱蒸發工藝制備ZnS：In薄膜，并研究了退火工藝對ZnS：In薄膜光電性質的影響。該方法尚未見相關報道，具有一定的研究意義。
1 ZnS：In薄膜的制備
本文采用ITO基片作為襯底制備ZnS薄膜。制備前對ITO進行常規物理清洗后，分別在甲醛溶液和丙酮溶液中各超聲清洗10分鐘，之后烘干基片，將之送入真空腔體開始采用真空熱蒸發工藝制備ZnS薄膜（采用ZnS塊體材料作為蒸發源）。制備過程中的控制主要工藝條件如下：腔體真空度為3×10-5Torr，基片溫度為200℃，沉積速率為2.5A/秒。待ZnS薄膜厚度達120nm后，關閉ZnS蒸發源，進而以ZnS膜層為襯底并以1A/秒的速率在其上方沉積In原子金屬層，當In層厚度達到所需厚度后（由需要添加的摻雜量確定），接著以同樣的工藝在上方繼續沉積120nm厚的ZnS薄膜。之后關閉蒸發源并使其自然冷卻到室溫，并送入硫化爐在Ar2氣氛中進行退火處理。在退火工藝結束后，使樣品自然冷卻到室溫，取出樣品，分別測量基片的光學和電學性質。實驗中采用X射線衍射儀對ZnS樣品物相結構進行測試分析；采用kethely 4200半導體參數測試儀測量樣品電阻；采用紫外-可見分光光度計測量樣品的紫外、可見光和近紅外區的透光率。
為達分析目的，本文分別制備本征ZnS薄膜和ZnS：In薄膜，并對比分析光電性能的變化情況。
2 結果與討論
本文在前期工作基礎上，分別研究了1%、2%、4%、6%、8%、10%濃度的In摻雜對ZnS導電能力的影響，結果發現2%濃度In離子的ZnS具有最佳導電能力。為此，本文根據正交實驗原理，用摻雜為2%的In原子來制備ZnS薄膜，在此基礎上研究了不同退火工藝對ZnS薄膜的光電性能的影響。
首先，本文采用XRD手段研究了ZnS：In薄膜的物相結構，結果如圖1所示。
圖1表明，在450℃退火溫度下，未摻雜ZnS薄膜和2%濃度In摻雜ZnS薄膜的兩個樣品均顯現（111）方向優先生長，實驗中未見其它方向的衍射峰，可見實驗樣品中沒有其它物相存在。摻雜前后，ZnS薄膜的衍射峰的峰高和半峰寬均未見明顯改變，說明2%濃度的In原子摻雜并未明顯改變ZnS薄膜的物相結構。除此之外，本文還研究了其它退火溫度（300℃、350℃、400℃、450℃、500℃）下ZnS薄膜和ZnS：In薄膜的XRD圖像，它們均獲得了同樣的結果（因篇幅限制，圖譜不予顯示）。
在確認薄膜成分的（ZnS薄膜）的前提下，本文研究了不同退火溫度對ZnS光電性能的影響。
圖2所示為不同退火溫度下ZnS：In薄膜的吸收光譜。由圖2可知，不同退火溫度對ZnS：In薄膜的吸收曲線略有影響，尤其在退火溫度達450℃時，ZnS：In薄膜的吸收曲線已有相對明顯的變化。另外，隨著退火溫度的增加，圖2還表明ZnS：In材料的禁帶寬度也跟著發生改變，分別從300℃時的3.56eV降低到450℃時的3.49eV。不同的禁帶寬度通常被認為與晶粒尺寸效應和Burstein-Moss效應有關[7-9]，此處不予贅述。
為進一步研究ZnS的光電性能，本文采用肖特基方法測量了ZnS薄膜的載流子濃度n，并用吉時利4200半導體參數儀測量了“相同尺寸”下ZnS薄膜的電阻R。根據R和n的關系，可進一步分析出載流子遷移率隨退火溫度的變化情況。
表1表明，未摻雜時ZnS顯n型，這主要是來源于ZnS薄膜中的S空位缺陷的緣故，S原子的逸出使Zn原子能提供出額外的自由電子。表1還表明，隨退火溫度增加，載流子濃度跟著增加，說明S空位濃度隨退火溫度增加存在增大的趨勢。此外值得注意的是，在較低退火溫度（如350℃）下，實驗表明，增加退火溫度不但能提升載流子濃度，而且能使載流子遷移率也獲得增加。然而當退火溫度超過400℃時，雖然本征ZnS載流子濃度能繼續獲得提升，但載流子遷移率卻出現了降低的情況。這說明雖然一定的退火溫度可有效提升載流子濃度及載流子遷移率（這與晶粒變化情況，如晶界上的缺陷減少存在一定的關系），但較高的退火溫度（如超過400℃以上）下，盡管ZnS薄膜中的載流子濃度仍可有一定程度的上升，不過此時膜層質量不但沒有提升，反而一定程度有所劣化。由上述研究可知，對ZnS：In的研究中應在500℃左右對退火溫度作折中選擇。
表2給出了2%摻雜下，ZnS：In薄膜載流子濃度與退火溫度的關系。測試結果表明，與摻雜前情況相比，摻雜后的ZnS薄膜載流子濃度普遍增加了約2個數量級左右（如圖3所示）。對比表1結果可知，如此大幅度的載流子濃度提升只可能來自于源于摻雜原子In離子的貢獻（即+3價的In3+替代了+2價的Zn2+），而非來自于S空位影響關顧。與本征ZnS薄膜類似，ZnS：In薄膜中的載流子濃度也隨退火溫度增加而增大，這是由于在較高退火溫度下，In原子可充分擴散進薄膜，同時以更高濃度的In3+替代了Zn2+位置而導致的。但與本征ZnS薄膜不同的是，在所研究的退火溫度范圍內，ZnS：In薄膜載流子遷移率隨退火溫度增加并非顯現先上升后下降的趨勢，而是一直作顯著上升（尤其在400℃以上，這種上升情況不但不停止或降低，反而變得更加顯著），可見，這是ZnS：In薄膜與本征ZnS薄膜存在的明顯不同。這種變化情況并非來源于摻In導致薄膜質量劣化，進而導致電子遷移率降低，相反，根據表1、表2所測電阻變化分析來看，摻雜前后電阻降低的量級更甚于載流子濃度量級的變化情況，這表明摻In后，薄膜中載流子遷移率不但沒有降低，反而有所增加。
為進一步對上述情況進行分析，本文測量了摻雜前后的ZnS薄膜的SEM圖像，如圖4所示。由圖4可見，In原子摻雜前，ZnS薄膜的表面質量高于摻雜后的ZnS：In薄膜（更平整），但ZnS：In的晶粒尺寸卻更大。更大的晶粒尺寸有助于降低ZnS：In薄膜的內部缺陷密度，進而獲得更高的載流子遷移率，然而粗糙的邊界導致晶界缺陷增加，降低了載流子遷移率。可見，兩種位置的缺陷存在著一定的競爭關系。為此，研究中通過退火工藝可一定程度上改善薄膜的表面形貌，進而部分消除晶界間的缺陷密度，使得載流子遷移率有所提升（如表2所示）。表2中500℃下退火結果表明，繼續通過增加退火溫度可望繼續改善ZnS：In薄膜的表面形貌，這對繼續改善載流子遷移率至關重要。綜上，In摻雜與其它摻雜原子不同，它能較大程度地提升n型載流子濃度，并在一定程度上提升載流子遷移率，然而，薄膜的表面形貌同時卻發生一定程度劣化。可見，在流子濃度可被滿足（摻In較Al雜質更有效提升載流子濃度）的情況下，如何提升In摻雜對膜層質量的影響是ZnS：In薄膜研究中一個更應值得關注的課題。
根據上述研究結果，鑒于500℃下退火ZnS：In具有更高的載流子濃度和載流子遷移率，本文進一步測試該條件下ZnS薄膜的光學性能的變化情況。
退火前，ZnS：In薄膜通過肉眼可見淡灰色，這是因為In原子尚未完全擴散到ZnS薄膜的緣故。退火后，待In離子擴散進ZnS薄膜，樣品透光性獲得顯著增強。圖5表明，退火后摻In型ZnS薄膜的透光性已類似或接近于未摻雜ZnS薄膜的情況，這說明摻In對ZnS薄膜的光學性能影響非常有限，摻雜前后的樣品均有較高的透光性，在可見光區域內的平均透過率達85%以上，說明薄膜內部的缺陷和雜質對可見光吸收很小。當波長在350nm以下區域，光透過率急劇下降，這是由于隨著光子能量的增加，超過ZnS禁帶寬度后，束縛層電子被光子激發，因而出現一定程度的吸收，這在圖2中可得到同樣說明。同樣地，在接近區域的吸收邊證明，摻In并沒有改變ZnS薄膜的基本能帶結構。
3 結 論
采用真空熱蒸發法制備工藝及正交實驗方法，研究了2%濃度In摻雜下，不同退火溫度對ZnS：In薄膜光電性能的影響。研究表明，In離子的引入并未產生新的物質，也未改變ZnS的物相，通過In摻雜能大幅度降低ZnS的電阻，這同時歸功于ZnS薄膜中的載流子濃度和遷移率均被一定程度提高的緣故。退火工藝對ZnS：In的光電性能有重要影響，500℃退火溫度以下，對2%濃度摻雜的ZnS：In薄膜，退火溫度越高，載流子濃度和載流子遷移率均越高，同時研究結果表明，In摻雜一定程度上劣化了ZnS薄膜的表面質量。實驗表明真空熱蒸發法摻In工藝能較大程度提升載流子濃度，在此前提下，如何降低In摻雜對膜層質量的影響，與提升載流子濃度具有同等重要的作用。此外，In離子摻雜并未降低ZnS的光學性能。
參考文獻
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