光电转换技术

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光电转换技术范文第1篇

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光电转换技术范文第2篇

【关键词】太阳能光电技术 新材料 新技术

1引言

随着经济的快速发展，人类对能源的需求也越来越大。而人类所利用的一次性能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。这些化石能源是数万年前太阳能辐射到地球储存到生物里，历经万年的演变而形成的。这些化石能源是不可再生的，经过人类数千年的消耗，其储存量所剩不多了。而然随着经济的发展，科技的进步，人类生活水平的提高，人类对能源的需求量将会增加。总有一天化石能源会被人类消耗完，而随其产生的环境污染也是人类所面对的又一重大问题。所以人类，正面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战。

作为可再生能源核心的太阳能，其具有能量大、易获取、不枯竭、清洁低碳等特点，且来源广泛、使用方便、无污染等优点，在航空、航天、通讯及微功耗电子产品等领域具有广阔的应用前景。自太阳能被问世以来，受到各国的研究，因其优点众多，所以其在各个领域受到广泛应用，而太阳所辐射出的大部分是光能（高能光子），这种光能可以用光电转换器转换成电能，因而本文对太阳能光电转换这一技术进行探究。

2太阳能光电池基本原理及其结构

2.1太阳能光电转换的新技术

随着科技的发展，人类的进步，各行业对领域对化石能源的过度消耗，导致全球能源枯竭，而太阳能作为可再生能源的核心，被人们重视起来，其中最为突出的太阳能光电转换技术，被广泛研究。太阳能光电转换技术即使把太阳能中的光能转换为电能，现在最为广泛使用的就是太阳能电池。太阳能电池是太阳能光伏的基础和核心，其结构如下图一：

它利用半导体材料P-N结的光生伏特效应，当太阳能照射到P-N结时，物体内的电荷分布状态就会发生变化，形成新的空穴-电子对，在P-N结的两边产生电动势，在P-N结的作用下空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就行成电流，这就是光电效应太阳能电池的工作原理。这一类太阳能电池一般由晶体硅构成，一般把晶体硅电池称为第一代，薄膜太阳能电池则是第二代的太阳能电池它是由在廉价的玻璃，不锈钢或塑料底上附上厚度只有几微米的感光材料制成。硅基薄膜太阳能电池代表了太阳能产业发展的趋势。新技术是采用射频等离子体增强化学气相沉积技术制备非晶硅顶电池，采用高频等离子体增强化学气想沉积技术制备微晶硅底电池。薄膜太阳能电池主要有硅基薄膜太阳能电池，非硅基薄膜太阳能电池（尤其是铜铟镓硒薄膜），有机太阳能电池和染料敏华太阳能电池等形式和品种。其中多晶硅薄膜材料具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的大面积，低成本制备的优点，目前制备多晶硅薄膜的方法有：（1）低压化学气相沉积，（2）固相晶化，（3）准分子激光晶体化，（4）快速热退火等。铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有成本低污染小，不衰退，弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首接近于晶体硅太阳能电池，而成本只是它的1/3.其新技术是太阳能电池的内侧电极层形成之前，先使稳定的化合物-硅酸盐玻璃在基板上形成薄层，通过控制这一薄层形成的条件，来控制透过内侧电极层到达其上方的光吸收层的碱性物质的数量。使用表面光滑的陶瓷作为基板，再加上新技术，原理如图二：

有机薄膜太阳能电池则是采用低成本印刷和涂覆技术，可将活性材料负载自轻量哈柔性基质上。多层设置相当于两个电池串联。其原理图如图三：

太阳能电池作为太阳能中最为核心的技术，被越来越多的机构所研究，而太阳能光电技术则被运用的越来愈广泛，如太阳能聚光热发电（CSP），混合式太阳能/气体透平发电站，随其的发展提高太阳能的光电转换率则越来越被重视。如今的新技术有太阳能跟踪器，增加太阳能电池的面积，改变光伏方阵倾角，改变其转换器件的材料。

2.2太阳能光电转换的新材料

作为太阳能光电转换的材料一般都是晶体硅为基础的，晶体硅主要包括多晶硅和单晶硅，多晶硅又是加工单晶硅的原料。随着太阳能产业的快速发展，全球对多晶硅的需求快速增长市场供不应求，价格也随之上涨。人们开始研究如何降低成本，道康宁公司称其名为PV1101的太阳能级硅材料可以减少太阳能产业对多晶硅的依赖。比如说10t的多晶硅原料可以混合2t左右的PV1101硅材料可以形成12t左右的太阳能用硅原料。而日本智索公司的SOG-SI技术基于四氯化硅，用锌还原反应生产多晶硅。美国的1366技术公司则是使硅电池机构的创新与制造工艺的改进组合在一起，一百年使多硅晶太阳能电池在成本课余煤炭发电相当。1366技术公司改进电池表面结构与金属导体化，使硅太阳能电池效率提高25%。日本产业技术综合研究所新开发出的一种高性能色素增感型太阳能电池，所谓色素增感型太阳能电池，是指在玻璃基板或塑料基板上的两片透明电极的基板之间加入色素和电解液的电池。近年来新兴薄膜太阳能电池也是一种新材料太阳能电池，目前薄膜光伏模块使用的材料，如无定形硅（a-SI）、碲化镉（CdTe）、硒化铜铟镓（CIGS），该薄膜有助于降低成本，有通用性好的优点。随着科技的发展，技术先进，太阳能光电转换技术所用的材料将会变得越来越普遍，越来越廉价。

3前景展望

随着新材料和新技术的引入，太阳能电池的应用将更加广泛。具体变现有：太阳能电池的低转化率的问题会因为新材料和新的加工工艺儿得到大大改善，就常规工艺而言，扩散工序高方阻，背腐蚀工序背场剖光，丝印工序采用新型网版与扩散工序匹配，采用一些高效材料比如PV17A等等。对于非常规工艺，RIE制绒，SE技术，MWT，Double Printing技术等等，总 之，染料敏化纳米二氧化钛薄膜太阳能电池具有低成本、高效率等众多优点，虽然日前还存在一些问题，但我们相信，在不久的将来，随着技术的进一步发展，这种太阳能电池将会有着十分广阔的应用前景。

参考文献：

[1]高援朝，沙永玲，王建新.Solar Thermal Technology and Construction.人民邮电出版社.

[2]钱伯章.太阳能技术与应用.科学出版社，2010-8.

[3]日本太阳能学会.太阳能利用新技术.科学出版社，2009-3.

[4]Majid Ghassemi、Alma Cota，SOLAR ENERGY Renewable Energy and the Enviroment，人民邮电出版社2010-7.

[5]吴金星.能源工程概论.机械工业出版社，2014-5.

[6]Zekai Sen.Solar Energy Fundamentals and Modeling Techniques：Atmosphere，Environment，Climate Change and Renewable Energy.电子工业出版社，2013-1.

[7]吕勇军，鞠振河.太阳能应用检测与控制技术.人民邮电出版社，2013-8.

光电转换技术范文第3篇

传感器技术是现代科技中极具发展潜力的一项应用，通过对当前新型传感器技术的应用现状分析，提出了传感器技术在未来发展中的难题和挑战，最后就传感器技术的发展趋势和应用前景进行了探讨。

【关键词】传感器技术 光电传感器 生物传感器 发展趋势

传感器技术水平在一定程度上反映了一个国家科技现代化的水平，传感器在实现自动化控制及测试控制中发挥着重要的作用。传感器技术在近些年来发展迅速，与计算机技术和通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。现代科技中，自动化与智能化已经成为新的发展方向，传感器作为自动测量与控制中的关键环节，在社会的生产生活中应用十分广泛，且具有巨大的发展空间。

1 新型传感器技术的应用现状

随着微电子技术、微机械加工技术、光电科学以及当代生物科学等高新技术的推动下，传感器已经从过去单一功能转变为功能多样、科技含量高的新型产品。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛，其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。

1.1 光电传感器技术

光电式传感器是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器，它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。随着光电科技的飞速发展，光电传感器已成为光电传感器已成为各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，并在传感器应用中占据着重要的地位，其中在非接触式测量领域更是扮演者无法替代的角色。光电传感器工作时，光电器件负责将光能（红外辐射、可见光及紫外辐射）信号转换为电学信号。光电器件不仅结构简单、经济性好，且具有响应快、可靠性强等优势，在自动控制、智能化控制等方面应用前景十分广阔。此外，光电传感器除了对光学信号进行测量，还能够对引起光源变化的构件或其它被测量进行信息捕捉，再通过电路对转换的电学信号进行放大和输出。

1.2 生物传感器技术

生物传感器的原理主要由两大部分组成：生物功能物质的分子识别部分和转换部分前者的作用是识别被测物质，当生物传感器的敏感膜与被测物接触时，敏感膜上的某种生化活性物质就会从众多化合物中挑选适合于自己的分子并与之产生作用，使其具有选择识别的能力；转换部分，是由于细胞膜受体与外界发生了共价结合，通过细胞膜的通透性改变，诱发了一系列的电化学过程，而这种变换得以把生物功能物质的分子识别转换为电信号，形成了生物传感器。

2 传感器技术发展中面临的挑战

传感器技术是利用现代科技来获取所需要的信息和信息量，以此来代替人类的感觉器官。传感器技术的发展不断更新着人们的观念，也为社会生产和生活的进步提供了新的思路，然而，在传感器技术的发展中仍存在着一些问题亟待解决。

2.1 通信能力有限

当前无论是生产还是生活中应用的传感器大多是基于Zig-Bee协议，这些传感器的通信距离虽然在理论上支持无限扩展，然而在实践中受到周围环境的干扰，并不能完全达到标准的通信距离。因此，如何应对复杂的地形，多变的天气，以及无处不在的电磁干扰，保证网络通信的可靠性，仍是传感器面临的一大挑战。

2.2 电源能量有限

传感器在工作中通常靠干电池或可充电电池提供电源，而这种电源的能量十分有限，严重影响着传感器的民用化应用。因此，针对传感器电源的研究也正在被研究者们日益重视。主要包括两个方面，一方面是研究传感器在网络工作中的节能技术；另一方面是选择可长时间供电的新型能源。

2.3 计算能力有限

嵌入式处理器以及存储器满足了传感器微型化设计的需要，且具有信息和数据处理的能力，虽然它们有一定信息处理的能力，但是数据经过A/D转换后，只经过少许处理就输出出去，很容易产生大量的数据，而有些数据是不需要的。因此，尽可能地提高传感器的数据处理能力，并能够进行协作分布式信息处理是当前研究的另一难点。

2.4 传感器数量大、范围广难维护

在未来的传感器应用中，很多都不是依靠单一的个体工作，而是由许多传感器组成的系统，系统中的传感器不仅数量巨大，且其分布具有广泛性，传感器组成的网络系统维护难度就显得异常突出。管理数目庞大的传感器系统，需要可靠的软硬件网络，同时传感器网络必须具备可重构性及自调整性，这也是需要研究的另一重点。

3 传感器技术的发展趋势和应用前景

随着传感器技术在科学发展中的重要地位日益显现，对传感器的研究和应用也逐渐受到人们的普遍关注。当今传感器技术的研究与发展，特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。

3.1 利用新材料开发新型传感器

随着光导纤维、纳米材料、超导材料等材料科学的深入，智能材料的应用和发展正成为人们关注的热点。智能材料是指材料本身就具备传统传感器的功能，能够对外界及自身性能的变化进行识别和判断，进而通过一定功能的转换，最终采取相应的行动来调整以适应外界变化和避免自身性能受损。新材料这种敏感功能为新型传感器的出现提供了技术支持。

3.2 集成化多功能传感器的开发

集成化是指传感器同一功能的多元件并列，以及功能上的一体化。同一功能的多元化并列能够实现传感器参数的多维立体化，再通过软件的编译，对传感器中的多个单一参数进行集成，进而完成对多个点或面的集中监测。传感器功能上的一体化主要是改变传感器功能单一的缺陷，转而向着单传感器集成多种功能自一体，实现一个传感器能够同时监测多种信号变化，简化监测系统，提高工作效率。运用集成化多功能理论研制出的传感器可以应用到更广泛的领域，并发挥出更加强大的功能效用利用集成化多功能原理，现代传感技术已制成带温度补偿的集成压力传感器，频率输出型集成压力传感器，霍尔集成传感器，半导体集成色敏传感器，多维化集成气敏传感器等。

4 结束语

当前我国在传感器的研发已经具备一定的规模和应用实力，在今后的研发中应重点关注基础性产品，在攻克传感器制造工艺技术的前提下，对产品的可靠性进行深入化分析，实现传感器技术的研究与应用平衡发展。

参考文献

[1]焦长兵，金勇杰，傅历光.无线传感器网络及其军事应用[J].黑龙江科技信息，2007（23）.

[2]郝全义，王太宏.生物传感器及其在传染病检测中的应用[J].中国基础科学，2009（06）.

光电转换技术范文第4篇

关键词：峰值检测电路 光电二极管 高速探测

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0123-01

光电二极管阵列是一种应用广泛的线性阵列探测器，在现有的产品中（主要是国外产品）按照输出信号的特征，主要分为两大类：模拟输出和数字输出。对于各种模拟输出的光电二极管阵列，除了制作工艺和材料的不同，主要是像素数目的差别，从几个像素到近千个像素的产品都有，常用的是32和64像素产品。

目前产品中主要问题在于由于器件利用积分检测原理检测光信号，积分时间较长，而且很容易达到饱和，在模数转换器方面，现有产品中为整片或部分阵列共用一个转换器，速度较慢。在每个像素单元后集成一个像素级AD转换器，依靠大量低速AD转换器并行工作，达到信号高速数字化转换的目的；而且在像素单元后带有滤波器，通过滤波功能，提高信噪比。本项目的技术水平，属于国内领先水平，该项目产品研制成功后，可以用于各种光谱分析仪器和光电信号探测领域，尤其适合于需要高速光电转换和处理的军事应用方面。技术指标：光谱范围：400～1100nm，波长分辨率10nm，响应速度：0.1ms，动态范围：160dB。各项技术指标处于国内领先水平。

1 高速峰值检测系统设计

高速峰值检测功能的光电二极管阵列，在前端使用高速PIN光电二极管实现光信号探测，随后通过滤波器将有用信号滤出，滤出信号通过低噪声放大器和峰值保持器送入像素级的AD转换器实现信号数字化，最后通过接口器件将多路并行工作的电路进行集成组成光电二极管阵列。光电二极管阵列的总体框图设计如图1所示。

2 低噪声前置放大器的设计

低噪声前置放大器是微弱信号检测的关键部件之一，担负着放大微弱信号的任务，因为对于微弱信号检测来说，关键的措施之一就是尽量减小测量过程中引入的噪声，而前置放大器是引入噪声的主要部件之一，由于信号十分微弱，则要求前置放大器具有低噪声性能，不然由于前置放大器本身的噪声将会使原来就被噪声淹没的信号淹没得更深。这就要求前置放大器必须是一个性能优良的具有抑制噪声能力的放大器。设计低噪声放大器的主要内容是选择低噪声半导体器件，确定电路的级数和电路组态，确定低噪声工作点，进行噪声匹配等工作。工作点问题是一个考虑重点，因为它对于器件的重要指标—— 功耗有很大的影响。

3 峰值保持器的设计

探测器输出的信号经过放大或整形后的脉冲峰顶较窄，甚至是尖顶的，不能满足AD转换器的要求，这时必须要由一个峰值保持电路将脉冲的峰值保持一定的时间，再送往后续电路。峰值检测的主要目的也是为了抑制噪声的影响，用瞬态峰值检测法取代传统的积分检测，可以进一步提高信噪比。峰值保持电路可由一级精密二极管和一级电压跟随器组成。添加保护电路后，电路图如图2所示。有用的信号检出之后，而后是进行模数转换，转换之前首先要对信号进行取样保持，只需要一个电容就可以实现此功能，为了控制采样时间我们需要设计一个开关，可用MOS开关实现，通过设置时钟信号，确定采样时间。还有一个注意的问题就是，如果电压信号不够大，还需要再加一级放大然后再转换。

4 结语

设计了一种高速峰值检测功能的光电二极管阵列结构，可用于对高速信号进行实时检测。完成了系统低噪声前置放大器的设计，完成了峰值保持器的设计，并给出了硬件电路图。最终，通过实验检测系统设计符合要求。

参考文献

[1] George Mount， Brian Rumburg， Brian Lamb，et al.DOAS Measurement of Atmospheric Ammonia Emissions at a Dairy[J].NSTL，2001，10：1-15.

光电转换技术范文第5篇

光敏传感器的物理基础是光电效应,即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下,电子逸出物体表面的外发射的现象,也称光电发射效应,基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象,称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。

1光电传感器的应用现状

1.1 电影发声系统

拍摄电影时的配音是把声音信号转换为光信号,用明暗不同的条纹记录在胶片边缘的声带上。放映电影时,光源发出的光通过移动声带后发生了强弱的变化,并被光电管所接收,光电管把强弱变化的光相应地转变为强弱变化的电流,经放大器放大后,由扬声器放出声音。

1.2 光控大门

干簧继电器由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成,为了易于识别电路,通常在电路图中把线圈和干簧管分开来画。当线圈内有电流时,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质

簧片磁化,在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态,线圈内没有电流时,磁场消失,磁片在弹力的作用下,回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方,带动大门的电动机接在干簧管的电路中。夜间,当汽车开到大门前,灯光照射光敏电阻时,干簧继电器接通电动机电路,带动大门打开。

1.3 天亮叫醒服务

蜂鸣器内装有发声电路,外边有负极和正极两极引线。使用时正极接电池正极。负极揍电池负极。当有电流通过时,能自动发出蜂鸣声。

1.4 包装充填物高度检测

用容积法计量包装的成品,除了对重量有一定误差范围要求外,一般还对充填高度有一定的要求,以保证商品的外观质量。当充填高度偏差太大时,光电接头没有电信号,即由执行机构将包装物品推出进行处理。

1.5 转速测量

将转速变换成光通量的变化,再经过光电元件转换成电量的变化即可得到转速。被测转轴上装有调制盘(带孔或带齿的圆盘),其一边设置光源,另一边设置光电元件。调制盘随轴转动,当光线通过小孔或齿缝时,光电元件就产生一个电脉冲。转轴连续转动,光电元件就输出一列与转速及调制盘上的孔(或齿)数成正比的电脉冲数。在孔(或齿)数一定时,脉冲数就和转速成正比。电脉冲输入测量电路后经放大整形,再送入频率计的计数显示。

1.6光电传感器在变电站通信控制系统中的应用

光电传感器作为一种新型的电压电流测量装置,与传统电磁式互感器相比较,具有绝缘强度高、动态范围、大频带宽、抗干扰能力强、不会产生磁饱和及铁磁谐振、体积小、重量轻、造价低等一系列优点。自20世纪60年代以来,光电传感器经历了原理性研究、试验样机和现场挂网运行等阶段。目前国外已经有部分实用化产品投入市场,但真正得到大规模的应用还有一个过程,而且国内变电站自动化系统的应用水平不一,如何让光电传感器在变电站自动化系统中得到应用并提高变电站自动化系统的水平,成为光电传感器研究的重点。变电站通信控制系统是变电站自动化系统的重要组成部分,其技术水平直接关系到变电站自动化系统的性能。随着电子技术和通信技术的飞速发展,变电站通信系统也经历了集中式、功能分布式和分散分布式等阶段。而通信系统的发展变化总是与变电站的测控、保护装置的发展变化相适应的。随着光电传感器在变电站中的应用,将对变电站通信控制系统产生深远的影响,并提高其自动化应用水平。

2光电传感器的发展趋势

近年来,由于传感器的广泛应用以及在日常生活中所起的越来越重要的作用,人们对传感器提出越来越高的要求。21世纪初期(2010前后)。敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高。并加速新一代传感器的开发和产业化。 纵观几十年传感技术领域的发展,不外乎分为两个方面:一是提高与改善传感器的技术性能;二是寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。

2.1 传感器改善性能的途径

一般常采用下列技术途径:差动技术,平均技术,补偿和修正技术,屏蔽、隔离与干扰抑制,稳定性处理。

2.2传感器的发展动向

2.2.1 开发新型传感器

a.采用新原理;

b.填补传感器空白;

c.仿生传感器等诸方面。

2.2.2开发新材料

a.从单晶体到多晶体、非晶体;

b.从单一型材料到复合材料;

c.原子(分子)型材料的人工合成。

2.2.3智能材料

是指设计和控制材料的物理、化学、机械、电学等参数,研制出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料性能的人造材料。

2.2.4新工艺的采用

新工艺的含义范围很广,这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的维系加工技术。

2.2.5集成化、多功能化与智能化

3光敏传感器的基本特性及实验原理 3.1伏安特性 光敏传感器在一定的入射光强照度下,光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一组伏安特性曲线,它是传感器应用设计时选择电参数的重要依据。光敏电阻类似一个纯电阻,其伏安特性线性良好,在一定照度下,电压越大光电流越大,但必须考虑光敏电阻的最大耗散功率,超过额定电压和最大电流都可能导致光敏电阻的永久性损坏。光敏二极管的伏安特性和光敏三极管的伏安特性类似,但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大好几十倍,零偏压时,光敏二极管有光电流输出,而光敏三极管则无光电流输出。

3.2光照特性

光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性,有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性,它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。

4 实验仪器