LED燈光的產(chǎn)生在照明領(lǐng)域具有里程碑式的意義。隨著世界日益增加的能源消耗需求，石油、天然氣、煤碳等當(dāng)代世界主要能源資源的儲(chǔ)存量正在逐步減少，按照現(xiàn)在的開采速度，石油和天然氣分別只有40多年和60多年的可采儲(chǔ)量。尋求新能源和再生能源的利用，開發(fā)節(jié)能高效的技術(shù)，受到了全球范圍的普遍重視。太陽(yáng)能光伏發(fā)電LED照明是新能源和節(jié)能技術(shù)的典型應(yīng)用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電將大自然中的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，提供給LED光源。由于LED光源的低電壓、節(jié)能和長(zhǎng)效的特征，太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)的應(yīng)用，將能實(shí)現(xiàn)很高的能源利用效率、工作可靠性和實(shí)用價(jià)值。因此，對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)控制技術(shù)的研究受到了各方面的重視。

　　太陽(yáng)能LED燈節(jié)能性的產(chǎn)生原理

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)組成高效節(jié)能的太陽(yáng)能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池組、DC-DC變換器、最大功率跟蹤MPPT fMaximum power point tracking)控制、儲(chǔ)存電能的蓄電池組和LED照明控制、LED光源等部分。

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的工作原理是：在有太陽(yáng)光的時(shí)間段，太陽(yáng)能電池組將采集到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能;在控制系統(tǒng)的控制下，采用太陽(yáng)能光伏電池最大功率跟蹤(MPPT)方式，將電能儲(chǔ)存到蓄電池組中;在LED照明系統(tǒng)需要電能供電時(shí)，向LED照明光源提供安全高效的電壓電流。使LED照明系統(tǒng)節(jié)能高效地工作，為人們的工作和生活提供潔凈環(huán)保的綠色照明。

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電太陽(yáng)能光伏電池發(fā)電是利用太陽(yáng)能的主要方式之一

　　太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)電原理是光生伏特效應(yīng)，對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5 0.6 V,通過光照在界面層產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)越多，形成的電流越大。界面層吸收的光能越多，同樣形成的電流也越大。目前應(yīng)用和研究的太陽(yáng)能電池主要有硅太陽(yáng)能電池、化合物半導(dǎo)體電池和染料敏化太陽(yáng)能電池。硅太陽(yáng)能電池是目前太陽(yáng)能光伏電池的主流，在硅太陽(yáng)能電池中以單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率達(dá)24%以上，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到18%以上。薄膜太陽(yáng)能電池近年來得到了很大的發(fā)展，多晶硅/微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池等新型太陽(yáng)能電池也已規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了16%以上。近年來，對(duì)CIS,CIGS薄膜太陽(yáng)能電池、GaAs太陽(yáng)能電池等化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的研究也取得了實(shí)用化的進(jìn)展。染料敏化TiO 太陽(yáng)能電池的研究也取得了引人注目的成果。

　　由于太陽(yáng)能電池的輸出電壓和電流之間存在著非線性和可變性。在特定的環(huán)境下就存在一個(gè)最大功率輸出點(diǎn)，以及與最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓和電流。當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出特性曲線也隨之變化，太陽(yáng)能電池的輸出電壓和輸出電流之間有著密切的聯(lián)系。為了從太陽(yáng)能電池獲取盡可能多的電能，提出了太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤問題。最大功率點(diǎn)跟蹤控制的常用方法有定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制法、負(fù)載電流/電壓最佳法等。整體LED工作電流的方法可以采用恒流驅(qū)動(dòng)和恒壓驅(qū)動(dòng)。根據(jù)LED的伏安特性，在LED的正向?qū)▍^(qū)，微小的電壓波動(dòng)就會(huì)引起電流很大的變化，所以采用恒流驅(qū)動(dòng)是優(yōu)選方案。

　　LED燈的發(fā)光原理及熒光粉改善技術(shù)

　　LED的發(fā)光原理。LED是由Ⅲ一V族化合物，如GaAs(砷化鎵)、GaAsP(磷化鎵砷)、A1GaAs(砷化鋁鎵)等半導(dǎo)體制成，其核心是P-N結(jié)，因此它具有一般P-N結(jié)的伏一安特性，即正向?qū)ā⒎聪蚪刂埂舸┨匦浴．?dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合時(shí)，由于交界面處存在的載流子濃度差。于是電子和空穴都會(huì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散。這樣，P區(qū)一側(cè)失去空穴剩下不能移動(dòng)的負(fù)離子，N區(qū)一側(cè)失去電子而留下不能移動(dòng)的正離子。這些不能移動(dòng)的帶電粒子就是空間電荷。空間電荷集中在P區(qū)和N區(qū)交界面附近，形成了一很薄的空間電荷區(qū)，就是P-N結(jié)。當(dāng)給P-N結(jié)1個(gè)正向電壓時(shí)。便改變了P-N結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡。注入的少數(shù)載流子(少子)與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合時(shí)，便將多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。如果給PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子(少子)難以注入，故不發(fā)光。

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　　白光LED的主要實(shí)現(xiàn)方法。目前，氮化鎵基LED獲得白光主要有：藍(lán)光LED+黃色熒光粉、三色LED合成白光、紫光LED+三色熒光粉3種辦法。最為常見形成白光的技術(shù)途徑是藍(lán)光LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的熒光粉結(jié)合組成白光LED。LED輻射出峰值為470 nm左右的藍(lán)光，而部分藍(lán)光激發(fā)熒光粉發(fā)出峰值為570 nm左右的黃綠光。與另一部分的藍(lán)光與激發(fā)熒光粉產(chǎn)生的黃綠光混合產(chǎn)生Y l O :Ce 白光。目前采用的熒光粉多為稀土激活的鋁酸鹽Y l O :Ce (YAG)，當(dāng)有藍(lán)光激發(fā)它時(shí)發(fā)出黃綠色光，所以稱作黃綠色熒光粉。該方法發(fā)光，發(fā)光效率高，制備簡(jiǎn)單，工藝成熟。但色彩隨角度而變。光一致性差，而且熒光粉與LED的壽命也不一致，隨著時(shí)問的推移，顯色指數(shù)和色溫都會(huì)變化，影響了發(fā)光光源的發(fā)光質(zhì)量。

　　采用紅、綠、藍(lán)三原色LED芯片或三原色LED管混合實(shí)現(xiàn)白光。前者為三芯片型，后者為3個(gè)發(fā)光管組裝型。紅、綠、藍(lán)LED封裝在1個(gè)管內(nèi)，光效可達(dá)20 lm/W,發(fā)光效率較高，顯色性較好。不過，這種合成白光方法的不足之處就是LED的驅(qū)動(dòng)電路較為復(fù)雜。三芯片型三原色混合成本較高，而且由于紅綠藍(lán)3種LED的光衰特性不一致，隨著使用時(shí)間的增加，三色的混合比例會(huì)變化。顯色指數(shù)也會(huì)相應(yīng)變化紫外光或紫光LED激發(fā)三原色熒光粉，產(chǎn)生白光。采用這種方法更容易獲得顏色一致的白光，因?yàn)轭伾珒H僅由熒光粉的配比決定，此外，還可以獲得很高的顯色指數(shù)。但其最大的難點(diǎn)在于如何獲得高轉(zhuǎn)換效率的三色熒光粉，特別是高效紅色熒光粉。而且防止紫外線泄露也是很重要的。

　　添加紅色熒光粉對(duì)大功率白光LED 光效和顯色指數(shù)的影響

　　白光LED是最具吸引力的21世紀(jì)綠色照明光源，日亞發(fā)明的制作白光LED的方法即是使用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉，這種制備方法非常普及，已被用于工業(yè)化量產(chǎn)。其發(fā)光效率高低主要取決于材料(晶片、熒光粉、膠水)的優(yōu)劣和生產(chǎn)制程的過程控制。

　　有研究機(jī)構(gòu)對(duì)傳統(tǒng)制備工藝進(jìn)行了改良，并做了大量的大功率白光LED實(shí)驗(yàn)，用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉、紅色熒光粉、及添加適當(dāng)比例紅色熒光粉的黃色熒光粉混合物，分別產(chǎn)生白光，從而探討黃色熒光粉和紅色熒光粉的放射光譜，以及相應(yīng)LED的特性。最終證明激發(fā)添加適當(dāng)比例紅色熒光粉的黃色熒光粉混合物的白光LED，其發(fā)光效率比激發(fā)黃色熒光粉的白光LED要低，但是顯色指數(shù)(CRI)要高。

　　可用于TV背光與普通照明的新型紅綠熒光粉技術(shù)

　　黃色、綠色硅酸鹽熒光粉在455nm以下激發(fā)效率較高;橙色硅酸鹽和紅色氮化物熒光粉在整個(gè)藍(lán)光波段有較高的激發(fā)效率;YAG熒光粉在以460nm為中心波長(zhǎng)的光譜范圍內(nèi)激發(fā)效率較高。

　　電視背光對(duì)LED光源的要求主要包括以下幾個(gè)方面：中等功率，冷白光，高顯色性，良好的熱穩(wěn)定性，長(zhǎng)期工作可靠性。針對(duì)上述要求電視背光可采用的熒光粉包括：

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　　1、綠色熒光粉，包括硅酸鹽熒光粉、β-SiAlON、鋁酸鹽綠色熒光粉、YAG等，性能各有優(yōu)劣。其中硅酸鹽綠色熒光粉激發(fā)效率高，但熱穩(wěn)定性能差且易吸潮;β-SiAlON熱穩(wěn)定性能優(yōu)良，但激發(fā)效率不高且價(jià)格昂貴;鋁酸鹽綠色熒光粉激發(fā)效率高、熱穩(wěn)定性能優(yōu)良、長(zhǎng)期工作可靠性好。

　　2、紅色熒光粉主要采用氮化物紅色熒光粉，熱穩(wěn)定性能優(yōu)良，激發(fā)效率得到進(jìn)一步提升，但價(jià)格相對(duì)較高。

　　普通照明對(duì)LED光源的要求主要包括以下幾個(gè)方面：高功率，暖白光，高顯色性，良好的熱穩(wěn)定性，長(zhǎng)期工作可靠性。針對(duì)上述要求普通照明可采用的熒光粉包括：

　　1、YAG熒光粉是最佳的黃色熒光粉，熱穩(wěn)定性能好，壽命長(zhǎng)，但缺少綠光段導(dǎo)致顯色指數(shù)較低。

　　2、硅酸鹽熒光粉可以提供混合綠色、黃色、橙色熒光粉以提高顯色指數(shù)，但硅酸鹽熒光粉的缺點(diǎn)在于熱穩(wěn)定性能差且易吸潮。

　　3、鋁酸鹽綠色熒光粉熱穩(wěn)定性能好，壽命長(zhǎng)，黃綠波段轉(zhuǎn)換效率高，可以實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)。

　　4、氮化物紅色熒光粉與黃色、綠色熒光粉混合可以實(shí)現(xiàn)高顯色性暖白光，熱穩(wěn)定性能好，壽命長(zhǎng)。

　　鋁酸鹽綠色熒光粉峰值波長(zhǎng)515nm-540nm，典型顆粒度10-17um，與硅酸鹽綠色熒光粉和β-SiAlON相比，波譜更寬;與YAG熒光粉相比熱穩(wěn)定性能更佳。

　　氮化物紅色熒光粉CaAlSi(NA)3: Eu2+，波長(zhǎng)范圍620nm-670nm，630nm系列紅色熒光粉可用于實(shí)現(xiàn)顯色指數(shù)80的暖白光LED，650nm系列紅色熒光粉可用于實(shí)現(xiàn)顯色指數(shù)90的暖白光LED及高NTSC電視背光源。

　　將Beta-SiAlON綠色熒光粉、硅酸鹽綠色熒光粉、新型鋁酸鹽綠光熒光粉，分別與氮化物紅色熒光粉R650組合用于液晶電視背光源，并對(duì)其溫度特性進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，鋁酸鹽綠光熒光粉與氮化物紅光熒光粉R630組合可實(shí)現(xiàn)用于普通照明的暖白光LED。YAG、OG450、硅酸鹽黃光熒光粉等熒光粉可實(shí)現(xiàn)用于普通照明的冷白光LED。

　　伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口規(guī)模的迅速膨脹，致使能源的消耗量不斷增大，城市的發(fā)展緊跟著“高能耗”，能源的供需矛盾日益突出，能源短缺將嚴(yán)重阻礙城市未來的發(fā)展。半導(dǎo)體照明光源是一個(gè)具有巨大市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)。隨著技術(shù)的進(jìn)步。半導(dǎo)體照明光源的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒀杆贁U(kuò)大。在未來的5-10年，它將成為照明產(chǎn)業(yè)的主力軍。它將改變?nèi)藗儗?duì)照明的認(rèn)識(shí)。發(fā)展個(gè)性化照明理念，無疑是照明領(lǐng)域的一次革命。同時(shí)。我們必須科學(xué)分析、冷靜面對(duì)半導(dǎo)體照明帶來的歷史機(jī)遇，制訂科學(xué)的發(fā)展規(guī)劃，使得半導(dǎo)體照明得到健康的發(fā)展。