時(shí)間：2023-05-31 09:33:18
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇光電材料，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
中圖分類(lèi)號(hào)：TB34
新材料研制和國(guó)家科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力發(fā)展密切相關(guān)，同時(shí)也是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展根本保障之一。在世界范圍內(nèi)，新材料研制是國(guó)家計(jì)劃中的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。本世紀(jì)正處于光電子時(shí)代，而光電信息功能材料不但有電子材料穩(wěn)定性特點(diǎn)，還有光子材料先進(jìn)性特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子時(shí)代，發(fā)展前景極好。
1 概述光電信息功能材料
信息科學(xué)發(fā)展進(jìn)程中，材料研究作為技術(shù)發(fā)展先導(dǎo)，是發(fā)現(xiàn)與完善現(xiàn)代化科學(xué)規(guī)律重要基礎(chǔ)。人們從量子論發(fā)展中得到原子中電子物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律，特別是最外層的電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最先研究的功能材料是金屬，例如：不銹鋼、有色金屬、黑色金屬和特殊鋼材等，并且電子層次微觀物理逐漸應(yīng)用量子論。
其次，半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)和利用，電力材料的技術(shù)科學(xué)發(fā)展地位有所提高，研究功能材料是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的前提保障，同時(shí)也是技術(shù)開(kāi)發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在整個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中都有所體現(xiàn)。并且由于新興起來(lái)的光纖技術(shù)，將激光技術(shù)和光纖技術(shù)結(jié)合使用，為發(fā)展信息技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。正是由于光存儲(chǔ)和光集成技術(shù)，光電信息功能材料研究范圍越來(lái)越廣，走入到微觀物理層次，覆蓋包括無(wú)機(jī)和有機(jī)、金屬和非金屬、靜態(tài)和非靜態(tài)科學(xué)技術(shù)，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用在信息高智能存儲(chǔ)，傳輸與處理方面，使得信息技術(shù)發(fā)展迅速。
2 光電信息功能材料研究重點(diǎn)
2.1 半導(dǎo)體光電材料
半導(dǎo)體介于絕緣體和導(dǎo)體之間的一種材料，半導(dǎo)體光電材料可將電能轉(zhuǎn)化為光，將光轉(zhuǎn)化為電，也可處理和擴(kuò)大光電信號(hào)。21世紀(jì)上半葉至今，半導(dǎo)體量子和異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料仍然把光電信息功能材料作為研發(fā)主要內(nèi)容。
2.1.1 硅微電子材料。微電子技術(shù)基礎(chǔ)是集成電路為主要核心的半導(dǎo)體器件，是一種高新電子技術(shù)。半導(dǎo)體光伏太陽(yáng)能電池和集成電路主原材料，是新能源與信息基礎(chǔ)。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，我國(guó)硅材料規(guī)模迅速壯大和發(fā)展。并且，硅微電子信息功能材料與現(xiàn)代化信息時(shí)代相聯(lián)系，其具有質(zhì)量輕、可靠性高和體積小等特點(diǎn)。半導(dǎo)體硅微光電信息功能材料，可提高硅集成電路使用性能成品率，但是從成本角度分析，解決硅片直徑的增大問(wèn)題形成了一系列缺陷密度與均勻性變差。并且，從半導(dǎo)體器件特征性尺寸角度；硅集成角度來(lái)看，硅材料是未來(lái)研制方向。在鍺化硅材料生長(zhǎng)應(yīng)變硅材料技術(shù)基礎(chǔ)上，其可提高器件驅(qū)動(dòng)的電流和晶體管速度，其廣泛應(yīng)用性可能會(huì)替代65nm以下的互補(bǔ)性金屬氧化物的半導(dǎo)體電路主流技術(shù)。在硅材料技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，人們也在研制雙柵-多柵器件、高K柵介質(zhì)、銅互連技術(shù)和應(yīng)變溝道技術(shù)。目前，硅微電子技術(shù)難以滿足龐大市場(chǎng)需求和信息量，需要在全新原理材料、電路技術(shù)和器件技術(shù)深入研究，例如：納米電子技術(shù)、光計(jì)算機(jī)技術(shù)和量子信息技術(shù)。
2.1.2 量子級(jí)聯(lián)的激光器材料。在通信和移動(dòng)通信領(lǐng)域，廣泛使用超晶格和量子阱材料，量子阱材料集分子束外延和量子工程為一體，打破了半導(dǎo)體使用限制性，真正體現(xiàn)出了國(guó)家納米級(jí)量子器件的核心技術(shù)。并且其發(fā)展到現(xiàn)在，QCL在遠(yuǎn)紅光外源、紅外對(duì)抗、遙控化學(xué)和自由空間內(nèi)通信等較為突出。QCL高新技術(shù)研究面也更加廣闊，其中，可調(diào)諧中紅外激光器在國(guó)外步入工業(yè)化階段。
2.1.3 光子帶隙功能材料。光子帶隙材料常稱為光子晶體，其具有介電函數(shù)、周期性變化調(diào)制材料的光子狀態(tài)運(yùn)行模式。根據(jù)周期性的空間排列規(guī)則和特點(diǎn)，光子晶體分為一維、二維與三維形式。重點(diǎn)分析二維光子晶體，半導(dǎo)體薄片堆層其可以進(jìn)一步制出硅基二維光子晶體和高品質(zhì)因數(shù)光子微腔含單量子點(diǎn)砷化鎵基二維光子晶體微腔，有較廣闊的應(yīng)用空間。例如：借助于圈內(nèi)反射可限制光電在晶體內(nèi)的反應(yīng)，也就是光子晶體反應(yīng)，以便控制光色散；其次，光子晶體可制作出計(jì)算機(jī)芯片，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行和運(yùn)算速度均有所提高。對(duì)于三維光子晶體，特別是可見(jiàn)光的三維光子晶體和近紅外波受到一定條件限制，因此，制備工藝較難。
2.2 納米光電功能材料
所謂納米材料，其是粒子尺寸介于1-100納米材料。納米光電功能材料是將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能或電能一種納米行材料，其發(fā)展前景廣闊，性能好，被廣泛應(yīng)用于光存儲(chǔ)、光通信、光電探測(cè)器和全光網(wǎng)絡(luò)等方面。
尺度位于宏觀物體和原子簇交接區(qū)域，納米材料有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，產(chǎn)生點(diǎn)穴、光學(xué)、化學(xué)、熱血和磁學(xué)特征等，其中，表面效應(yīng)屬于納米光電材料重要特征之一，粒子性能決定性因素是表面原子，當(dāng)表面原子數(shù)量增加到一定范圍內(nèi)，原子數(shù)量越多，缺陷程度就會(huì)越大，納米光電材料活性就越高。正是由于量子尺寸影響電學(xué)性質(zhì)，納米材料才會(huì)比一般性的光電材料光催化活性高。
2.3 光折變功能材料
光折變功能材料光照條件下會(huì)吸收光子，使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，形成一定的空間電場(chǎng)，進(jìn)而借助于電光效應(yīng)改變折射率。這種光電材料需要低功率就可以在室溫下進(jìn)行光學(xué)信息處理和運(yùn)算，因此有很好的發(fā)展前景。人們對(duì)光折變材料進(jìn)行高密度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、空間光調(diào)制、光放大、光學(xué)圖像處理和干涉測(cè)量等研究，并隨著對(duì)光折變效應(yīng)深入了解和發(fā)現(xiàn)新型材料，使得光折變材料應(yīng)用范圍更加廣泛。
3 光電信息功能材料制備方法
光電信息功能材料根據(jù)性能與尺寸的不同要求，因此包括有很多制備方法。常見(jiàn)的制備方法有：高溫固相反應(yīng)、濺射法、Sol-gel、PCVD、CVD等。
3.1 微波反應(yīng)燒結(jié)
我國(guó)通過(guò)微波輻射法合成物質(zhì)有硅酸鹽、氧化物、硫化物、磷酸鹽、鎢酸鹽和硼酸鹽等熒光體，利用各種物質(zhì)選擇光激勵(lì)，從而實(shí)現(xiàn)了溫室光譜燒孔。
3.2高溫固相反應(yīng)
高溫固相反應(yīng)是使用最廣泛的制備新型固體功能材料方式，我國(guó)上海硅酸鹽研究所使用提拉法技術(shù)生產(chǎn)出閃爍BGO晶體，歐洲核子研究所用晶體制造出正負(fù)電子撞機(jī)電磁量能器，出口總量高達(dá)千萬(wàn)美元，經(jīng)濟(jì)效益很好。
3.3 濺射法
濺射鍍膜法通過(guò)直流或者是高頻電場(chǎng)讓惰性氣體形成電離反應(yīng)，此過(guò)程產(chǎn)生輝光放電離子體，其正離子與電子對(duì)靶材進(jìn)行高速轟擊，濺射出靶材分子和原子，從而將這兩種物質(zhì)沉積在基材上，形成薄膜。
3.4 CVD（熱分解化學(xué)氣相沉積技術(shù)）
CVD主工藝過(guò)程是借助于過(guò)載氣輸送反應(yīng)物到反應(yīng)器中，并在一定反應(yīng)條件下，發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，形成顆粒大小的納米。隨著反應(yīng)基質(zhì)粒子和納米顆粒共同沉積到基片上，形成一層薄膜。薄膜形式有：反應(yīng)氣體和氣體擴(kuò)散吸附于生長(zhǎng)、擴(kuò)散和揮發(fā)沉底表面，這種方法可制備出氟化物、氧化物和碳化物等納米復(fù)合型薄膜。
4 結(jié)束語(yǔ)
光電信息功能材料開(kāi)發(fā)與研究需要通過(guò)量子物理支撐，目前其限定于光子、電子、電波和光波為主要信息載體，對(duì)研究量子物理，分析光電信息功能材料有重要作用。
參考文獻(xiàn)：
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[2]周舟，陳淵，黃軼.光電信息功能材料與量子物理研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（07）.
關(guān)鍵詞：創(chuàng)新平臺(tái) 光電子材料 教學(xué)改革
中圖分類(lèi)號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）11（b）-0105-02
隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展，光電子材料已經(jīng)成為新材料產(chǎn)業(yè)和當(dāng)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，引領(lǐng)著光電子、通信、新能源等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1，2]。對(duì)于光電子材料相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高校本科生，需要具備較強(qiáng)的光電子材料方面的實(shí)踐能力，以及與這些技能相匹配的理論基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)《光電子材料》課程的學(xué)習(xí)，能夠加深學(xué)生對(duì)光電子技術(shù)理論知識(shí)的理解，幫助學(xué)生將光電子技術(shù)知識(shí)與光電子相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐能力緊密結(jié)合起來(lái)。因此，當(dāng)代光電子材料相關(guān)專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生亟需學(xué)習(xí)光電子材料的相關(guān)知識(shí)，以滿足科技日益發(fā)展的社會(huì)需要。[3，4]
光電子材料課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生有良好的電磁學(xué)和光學(xué)等物理學(xué)科的理論基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)也是一門(mén)實(shí)用性強(qiáng)、對(duì)動(dòng)手能力要求較高的課程；其課程目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生掌握扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐相關(guān)的基本技術(shù)，性能檢測(cè)的方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力[5]。通過(guò)光電子材料實(shí)驗(yàn)可鞏固和加強(qiáng)對(duì)有關(guān)專(zhuān)業(yè)理論的理解，提升學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，使理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合[6]。在以往理論教學(xué)中， 激光原理，光纖導(dǎo)光原理，光調(diào)制，非線性光學(xué)和光電探測(cè)等理論知識(shí)，涉及較多的電磁學(xué)，光學(xué)，固體物理和量子力學(xué)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)于本科生較難理解，而實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐方面又要求學(xué)生在掌握理論的基礎(chǔ)上具備較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力。因此，由于理論知識(shí)較難，必須進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐操作時(shí)間被壓縮，枯燥的理論教學(xué)不能激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的興趣，最終導(dǎo)致教學(xué)效果較差。因此，如何增加實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)的比重，使學(xué)生對(duì)該門(mén)課程產(chǎn)生濃厚興趣，并將光電子材料基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生掌握課程的主要知識(shí)和基本的操作技能，是達(dá)到良好的教學(xué)效果的關(guān)鍵。
1 光電子材料課程改革目標(biāo)
《光電子材料》課程是材料物理（光電材料）專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課，涵蓋了《光學(xué)》、《電磁學(xué)》、《固體物理》、《量子力學(xué)》等課程相關(guān)知識(shí)，含有較多的物理公式，具有很強(qiáng)的理論性。根據(jù)筆者所在校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦學(xué)特色，結(jié)合課程理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，該課程目標(biāo)如下：
（1）通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)讓學(xué)生了解當(dāng)前光電子技術(shù)及研究的最新進(jìn)展和實(shí)際的應(yīng)用情況。加深學(xué)生對(duì)光電子技術(shù)及其發(fā)展的相關(guān)認(rèn)識(shí)，并通過(guò)講授光電子技術(shù)的發(fā)展歷程激發(fā)學(xué)生的研究興趣和開(kāi)拓他們的思維與知識(shí)面。
（2）將該課程的理論教學(xué)與光電材料綜合實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，力爭(zhēng)形成理論和實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生理論基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。
2 光電子材料課程教學(xué)方法和手段改革
根據(jù)教育部的專(zhuān)業(yè)規(guī)范和學(xué)校的課程體系，和筆者所在校培養(yǎng)應(yīng)用型課程人才的辦學(xué)理念和材料物理專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)與培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合《半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)》理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，在該課程建設(shè)過(guò)程中，以提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力為目的，采用啟發(fā)、互動(dòng)式教學(xué)，講解與討論相結(jié)合，講授與自學(xué)相結(jié)合。借助多媒體和實(shí)物教具進(jìn)行形象化教學(xué)。充分運(yùn)用該校多媒體教室所擁有設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段的現(xiàn)代化，充分運(yùn)用實(shí)物、互聯(lián)網(wǎng)資源以及企業(yè)資源，沓涫悼翁玫哪諶藎使其內(nèi)容具體豐富。
具體采取的教學(xué)方法、手段如下：
（1）制作一系列教學(xué)video，輔助課堂教學(xué)，活躍教學(xué)氣氛，增加課堂互動(dòng)，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。
（2）建設(shè)課程網(wǎng)站，通過(guò)學(xué)生熟悉的微博、小木蟲(chóng)等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“光電子技術(shù)基礎(chǔ)”網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)的建立；并上傳精品課時(shí)，在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行國(guó)內(nèi)外的共享。
（3）課堂教學(xué)中通過(guò)課前回顧、課前提問(wèn)等方式保持課程的連貫性和邏輯性，采取引入實(shí)物、實(shí)驗(yàn)演示及參觀等方式使教學(xué)更加形象化，運(yùn)用布置課后作業(yè)、小論文等方法使學(xué)生在課下更好地鞏固已學(xué)內(nèi)容，同時(shí)對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)的程度得到及時(shí)的反饋，為學(xué)生打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。
（4）針對(duì)該課程公式偏多的特點(diǎn)，在課上帶領(lǐng)學(xué)生推導(dǎo)重要的公式，使學(xué)生更好地理解公式的物理意義，掌握光電子材料與器件制造及設(shè)計(jì)的依據(jù)。
（5）針對(duì)該課程與《光電材料綜合實(shí)驗(yàn)》等實(shí)驗(yàn)課程的密切關(guān)聯(lián)性，在該課程理論教學(xué)中先引入關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)課程，并逐步與《光電材料綜合實(shí)驗(yàn)》等實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，力爭(zhēng)做到理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生們學(xué)到的知識(shí)有的放矢。
（6）通過(guò)教師指定報(bào)告內(nèi)容或者討論主題，讓學(xué)生進(jìn)行分組報(bào)告或者分組討論等方式，了解半導(dǎo)體器件物理知識(shí)在新器件制造及工藝當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用，分析和研究實(shí)際生活中有關(guān)的問(wèn)題，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用的目的，提高學(xué)習(xí)的深度和廣度，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力發(fā)展。
（7）課程考核可采取過(guò)程考核的形式，即降低學(xué)期末考試成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的比重（50%），另外50%的成績(jī)根據(jù)過(guò)程考核的成績(jī)進(jìn)行評(píng)定，過(guò)程考核主要包括學(xué)生的考勤、課堂表現(xiàn)、分組報(bào)告或分組討論和團(tuán)隊(duì)作業(yè)等多個(gè)部分。這種核算成績(jī)的方式可以有效降低學(xué)生平時(shí)對(duì)課程重視度不夠，只靠期末進(jìn)行突擊復(fù)習(xí)的弊端。督促學(xué)生平時(shí)對(duì)課程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行高度重視，上課積極回答問(wèn)題，積極思考如何將理論與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，并且善于進(jìn)行與團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成作業(yè)。
3 結(jié)語(yǔ)
光電子材料的研究和應(yīng)用不但需要較強(qiáng)的光電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)，還需要較強(qiáng)的理論聯(lián)系實(shí)際，動(dòng)手操作的實(shí)踐能力。因此，為滿足社會(huì)光電子材料專(zhuān)業(yè)人才的需要，在協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改善原有課程中“學(xué)”與“用”脫節(jié)的現(xiàn)象，進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解以及知識(shí)運(yùn)用和動(dòng)手操作的實(shí)踐能力，促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐能力的專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)。
參考文獻(xiàn)
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光電化學(xué)是在電化學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新學(xué)科,是研究光直接對(duì)電極或界面材料的影響以及伴隨的光能與電能和化學(xué)能轉(zhuǎn)化的學(xué)科。1839年，Becquerel首次在由兩個(gè)相同金屬電極和稀酸溶液構(gòu)成的體系中觀察到電極在光照下產(chǎn)生電流的現(xiàn)象（即Becquerel效應(yīng)）10。20世紀(jì)50年代中期，Brattain和Garrett12將半導(dǎo)體的光電化學(xué)性質(zhì)與其電子結(jié)構(gòu)特性結(jié)合起來(lái)，推動(dòng)了光電化學(xué)相關(guān)學(xué)科的繁榮發(fā)展,并為現(xiàn)代光電化學(xué)奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入60年代,DewaldH提出了半導(dǎo)體光電極產(chǎn)生光電勢(shì)的機(jī)理,進(jìn)一步從理論層面對(duì)光電化學(xué)進(jìn)行了闡述。1966年，Gerischer[4提出了半導(dǎo)體電極光分解理論,并首次系統(tǒng)研究了半導(dǎo)體/電解質(zhì)溶液界面的電化學(xué)和光電化學(xué)行為；隨后Kolb等0對(duì)半導(dǎo)體/電解質(zhì)溶液理論不斷豐富和發(fā)展，這些理論的闡明進(jìn)一步為現(xiàn)代光電化學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。自1972年Fujishima和Honda0發(fā)現(xiàn)可以利用TiO2作為光陽(yáng)極在紫外光照射下催化水的分解以來(lái)，光電化學(xué)特別是半導(dǎo)體光電化學(xué)領(lǐng)域的研究開(kāi)始得到廣泛關(guān)注。近年來(lái)，隨著對(duì)半導(dǎo)體新型電極和電解質(zhì)溶液體系在光照下的電化學(xué)行為和光電轉(zhuǎn)換規(guī)律研究的深入，固體物理中一些概念、理論的引入與交叉，以及當(dāng)前能源、環(huán)境、分析等學(xué)科領(lǐng)域的不斷需求，光電化學(xué)方面的研究已廣泛深入和應(yīng)用到了光電催化CO:還原、光電化學(xué)太陽(yáng)能電池、光電化學(xué)分解水、光電化學(xué)分析等領(lǐng)域,并呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)。
光電化學(xué)包括光電轉(zhuǎn)化和電化學(xué)兩個(gè)過(guò)程。其中光電轉(zhuǎn)換過(guò)程,是具有光電化學(xué)活性的物質(zhì)吸收光子而處于激發(fā)態(tài)，所產(chǎn)生的載流子通過(guò)與一些分子發(fā)生電子交換而產(chǎn)生電荷分離和電荷傳遞，形成光電壓或光電流，實(shí)現(xiàn)光能向電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程，這是光電化學(xué)的核心過(guò)程?。另一方面，電化學(xué)過(guò)程又包括電子傳遞和界面反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)分離的電子和可分別向基底電極表面和電極材料與電解質(zhì)溶液的界面轉(zhuǎn)移,并在溶液界面處發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,形成光電流或光電壓。
具有光電化學(xué)活性的材料通過(guò)光電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生光電響應(yīng)的機(jī)理主要有以下兩種：（1)當(dāng)在周?chē)娊赓|(zhì)溶液中存在還原性物種時(shí),處于激發(fā)態(tài)的光電活性物質(zhì)可以被還原至基態(tài)，從而使光電化學(xué)過(guò)程持續(xù)循環(huán)進(jìn)行,進(jìn)而產(chǎn)生持續(xù)光電流；(2)當(dāng)電子供體或受體作為猝滅分子存在時(shí),在激發(fā)態(tài)分子與猝滅分子之間會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移（ET),進(jìn)而發(fā)生氧化還原反應(yīng)或電極表面電子轉(zhuǎn)出，形成光電流,并使光電材料恢復(fù)至基態(tài)參與下一次光電響應(yīng)M。以半導(dǎo)體材料為例,在外界光照、溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等的作用下,半導(dǎo)體材料價(jià)帶和導(dǎo)帶上的電子態(tài)會(huì)發(fā)生一定的變化而表現(xiàn)出較為敏感的響應(yīng)，并具體表現(xiàn)為光電、熱電、光致發(fā)光、電致發(fā)光等現(xiàn)象和效應(yīng)。在半導(dǎo)體材料受到光輻射激發(fā)時(shí),光子能量大于禁帶寬度時(shí),價(jià)帶電子就會(huì)吸收光子能量而被激發(fā)至導(dǎo)帶上,而在價(jià)帶上留有,產(chǎn)生載流子(即電子）。載流子中的電子和可以發(fā)生復(fù)合并將能量以其他形式釋放,如果在一定的條件下發(fā)生分離,繼而會(huì)產(chǎn)生光電壓或光電流，實(shí)現(xiàn)光能與電能的轉(zhuǎn)化M。如圖1所示，當(dāng)半導(dǎo)體的能帶位置與電極的能級(jí)匹配時(shí)，導(dǎo)帶位置上的電子可以轉(zhuǎn)移至電極表面，同時(shí)產(chǎn)生的被電子供體捕獲完成電極反應(yīng),形成陽(yáng)極光電流;如果導(dǎo)帶電子轉(zhuǎn)移至電解質(zhì)溶液界面處,并與溶液中的電子受體反應(yīng),電極表面的電子就會(huì)轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體的價(jià)帶并捕獲,形成陰極光電流。因此，光電化學(xué)過(guò)程不僅伴隨著能量轉(zhuǎn)換，同時(shí)還伴隨著電荷分離、電子傳遞、能量轉(zhuǎn)移、界面反應(yīng)等過(guò)程。光電化學(xué)過(guò)程的進(jìn)行直接關(guān)系到光電轉(zhuǎn)換效率、光電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用。另外,光電化學(xué)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)不僅與激發(fā)光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度有關(guān),而且與光電材料的類(lèi)型、性能有著直接且緊密的關(guān)系,光電材料本身的光電化學(xué)性質(zhì)、制備方法、復(fù)合效果、形貌控制、電荷傳導(dǎo)速率等對(duì)于光電化學(xué)過(guò)程的順利實(shí)現(xiàn)有重要影響。
2光電化學(xué)傳感器概述
隨著分析科學(xué)的不斷發(fā)展,新的分析方法不斷涌現(xiàn)。自20世紀(jì)60年代光電化學(xué)過(guò)程闡明到21世紀(jì)初，光電化學(xué)分析方法作為一種新的分析方法開(kāi)始出現(xiàn)并不斷快速發(fā)展。光電化學(xué)分析是在光照射下基于被分析物、光電材料和電極三者之間電荷轉(zhuǎn)移發(fā)展起來(lái)的一種分析檢測(cè)技術(shù)14。光電化學(xué)分析的基本原理是基于光電化學(xué)過(guò)程。在電化學(xué)(電子傳遞和界面反應(yīng)）和光電轉(zhuǎn)換（能量轉(zhuǎn)換）兩個(gè)過(guò)程的基礎(chǔ)上，利用被分析物對(duì)傳感識(shí)別過(guò)程(界面識(shí)別或反應(yīng)）的影響所產(chǎn)生的光電流或光電壓的變化,建立起光電響應(yīng)變化與被分析物之間的定量關(guān)系,從而構(gòu)建出用于生物、環(huán)境等方面分析的光電化學(xué)傳感器。
光電化學(xué)傳感器主要分為電位型和電流型兩種。其中電位型光電化學(xué)傳感器主要是指光尋址電位傳感器（LAPS)。目前研究較多的是電流型光電化學(xué)傳感器，它是利用被測(cè)物質(zhì)與激發(fā)態(tài)的光電材料之間發(fā)生電子傳遞而引起光電材料的光電流變化進(jìn)行測(cè)定或根據(jù)待測(cè)物質(zhì)本身的光電流對(duì)其進(jìn)行定量分析。
光電化學(xué)傳感器將傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器和光電化學(xué)結(jié)合起來(lái)，同時(shí)具有電化學(xué)和光化學(xué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)。一方面，該檢測(cè)方法與目前已經(jīng)建立起來(lái)的電化學(xué)發(fā)光（ECL)方法在過(guò)程上正好相反,ECL采用電作為激發(fā)信號(hào),檢測(cè)的是光信號(hào);而光電化學(xué)分析使用光作為激發(fā)信號(hào),檢測(cè)的是電信號(hào),通過(guò)采用不同形式的能量作為激發(fā)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào),使激發(fā)和檢測(cè)信號(hào)互不干擾，因而背景信號(hào)較低，可獲得較高的靈敏度;另一方面，由于采用電化學(xué)檢測(cè)，因而具有設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)廉，易于微型化的優(yōu)點(diǎn)。
光電化學(xué)傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在分析中有著廣泛的潛在應(yīng)用價(jià)值。光電化學(xué)分析通過(guò)與納米材料的制備、免疫分析體系的構(gòu)建、生物功能分子的應(yīng)用等方面的結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。目前,光電化學(xué)傳感器在生物活性分子分析（如半胱氨酸M、NADH21,22、谷胱甘肽E3,24、活性蛋白25,26等)、DNA分析、酶?jìng)鞲蟹治觥⒚庖叻治鯞6^、細(xì)胞相關(guān)分析、環(huán)境分析（如溶解氧、化學(xué)需氧量、有機(jī)污染物、重金屬離子、有機(jī)磷農(nóng)藥、植物調(diào)節(jié)劑等)領(lǐng)域有著較為廣闊的研究。
3光電化學(xué)傳感器的材料選擇與設(shè)計(jì)
從光電化學(xué)傳感器的發(fā)展過(guò)程及其基本原理來(lái)看,光電化學(xué)傳感器在功能結(jié)構(gòu)上分為光電轉(zhuǎn)換單元和傳感識(shí)別單元兩部分，其中前者主要在于選擇具有較好光電化學(xué)活性和穩(wěn)定性的光電活性物種來(lái)構(gòu)建光電轉(zhuǎn)換層，后者主要在于通過(guò)不同的分析傳感策略來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的檢測(cè)。因此，光電化學(xué)傳感器的構(gòu)建主要從光電材料的選擇修飾和傳感信號(hào)產(chǎn)生模式兩個(gè)方面來(lái)考慮和設(shè)計(jì)。
近十年來(lái)，隨著光電化學(xué)傳感器研究的不斷增多，可用于光電化學(xué)分析的光電活性物種也得到了廣泛關(guān)注。最近,有多篇綜述對(duì)應(yīng)用在光電傳感器中的不同光電活性物種進(jìn)行了總結(jié)6,5455。可用于光電轉(zhuǎn)換層的材料主要包括有機(jī)光電分子、導(dǎo)電高分子、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體及其復(fù)合材料等。
3.1有機(jī)光電分子
有機(jī)光電分子是相對(duì)于有機(jī)高分子聚合物來(lái)說(shuō)的，主要是指在光照激發(fā)下能夠發(fā)生電子從最高占據(jù)軌道（HOMO)到最低空軌道（LUMO)躍遷產(chǎn)生相應(yīng)激發(fā)態(tài)和電荷轉(zhuǎn)移的有機(jī)分子。該類(lèi)分子的典型代表主要包括卟啉類(lèi)、酞菁類(lèi)、偶氮染料、蒽醌類(lèi)以及有機(jī)金屬配合物類(lèi)等。其中有機(jī)金屬配合物是有機(jī)光電分子中重要的一類(lèi)，主要是利用具有較大離域電子體系的配體與某些金屬離子構(gòu)成的具有光電化學(xué)活性的一類(lèi)物質(zhì)。目前研究和應(yīng)用比較多的是金屬釕的一些配合物。Weber等53提出了使用釕-聯(lián)吡啶作為光電化學(xué)信號(hào)標(biāo)記物并給出了其光電化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程。Ru(n)配合物受到光激發(fā)后形成活化的Ru(n)*,Ru(n)*失去電子變?yōu)镽u(m),然后Ru(m)被電子供體還原為Ru(n)。Dong等制備了釕聯(lián)吡啶衍生物,并將其作為光電化學(xué)信號(hào)發(fā)生分子修飾到SnO2納米半導(dǎo)體電極上,第一次通過(guò)光電化學(xué)法定量測(cè)定了生物素親和素的識(shí)別作用。Gao等在ITO表面修飾具有較好穩(wěn)定性和光響應(yīng)的核酸加合物（PIND-Ru^PIND),通過(guò)ITO表面的核苷酸與目標(biāo)核酸雜交，第一次用光電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)核苷酸檢測(cè)。
有機(jī)光電分子一般具有較大的離域電子體系，對(duì)可見(jiàn)光有較強(qiáng)的吸收能力，并具有較強(qiáng)的電子注入和電子轉(zhuǎn)移能力等B9’6a。另外,對(duì)于有機(jī)光電分子，可以根據(jù)需要直接合成或進(jìn)行基團(tuán)修飾，具有很好的可修飾性。Ikela等合成了一種有機(jī)光電材料--5,10,15,20四（4吡啶基)卟啉,并將其沉積在ITO電極上做成傳感器，通過(guò)光電流的降低可重復(fù)檢測(cè)核苷酸,其檢測(cè)濃度達(dá)到^M級(jí)。Yamada等62以蒽醌（AQ)作為光敏劑制備出了蒽醌寡聚核苷酸復(fù)合物,并結(jié)合轉(zhuǎn)移產(chǎn)生光電流的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA胞嘧啶甲基化的光電檢測(cè)。Pandey等63報(bào)道了流動(dòng)注射分析體系（FIA),選用具有光電化學(xué)活性的9,10肩醌衍生物作為信號(hào)發(fā)生分子,利用激發(fā)態(tài)蒽醌分子與電子供體（葡萄糖）反應(yīng)產(chǎn)生的光電流,首次對(duì)嵌入DNA中的復(fù)合物進(jìn)行了檢測(cè)。
但該類(lèi)材料單獨(dú)作為光電轉(zhuǎn)化層所產(chǎn)生的光電流較弱，需要與其他傳導(dǎo)材料進(jìn)行復(fù)合,以提高光電流信號(hào)和檢測(cè)的靈敏度。如Hu等通過(guò)在石墨烯表面負(fù)載金納米粒子，并進(jìn)一步修飾巰基化卟啉制備出卟啉/AuNPs/石墨烯納米復(fù)合物，以此作為電極修飾材料用于氫醌的光電化學(xué)檢測(cè)，取得了較好的效果。
3.2導(dǎo)電高分子及其復(fù)合物
導(dǎo)電高分子是由具有共軛T鍵的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體、半導(dǎo)體的一類(lèi)高分子材料。由于材料的T電子共軛體系的成鍵和反鍵能帶之間的能隙比較小，一般約為1.5-3.5eV,接近于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能隙，因此，共軛高分子材料大多具有半導(dǎo)體性質(zhì)。目前研究比較多的主要有聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等。導(dǎo)電高分子主要應(yīng)用于與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合和構(gòu)建可以特異性識(shí)別目標(biāo)分子并具有一定光電化學(xué)活性的分子印跡膜。其應(yīng)用將在后文中進(jìn)行闡述。導(dǎo)電高分子制備相對(duì)簡(jiǎn)單，并可以實(shí)現(xiàn)可控聚合或有目的性的識(shí)別基團(tuán)修飾，具有較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，因而有較大的研究潛力。
3.3無(wú)機(jī)納米半導(dǎo)體及其復(fù)合物
無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)光電材料。該類(lèi)材料可以通過(guò)多種方法制得,并可以通過(guò)形貌和尺寸控制表現(xiàn)出優(yōu)異的光電化學(xué)性質(zhì)。由于量子限域效應(yīng)的存在，無(wú)機(jī)納米半導(dǎo)體材料具有比塊體材料更優(yōu)異的光電化學(xué)活性。這類(lèi)材料主要包括以TiOi、ZnO、WO;等為代表的金屬氧化物半導(dǎo)體，以CdS、CdSe、ZnS、ZnSe等量子點(diǎn)(QDs)為代表的金屬硫族化物半導(dǎo)體。
其中TiOi以其較好的穩(wěn)定性、較快的電荷傳導(dǎo)速率和較好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注，基于TiO:的研究也最多和較為全面。但由于TiO2的禁帶寬度較大，只能被紫外光激發(fā)；而在紫外光區(qū)域,很多檢測(cè)體系會(huì)受到干擾或破壞,從而限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。因此很多研究通過(guò)使用有機(jī)分子、導(dǎo)電高分子、量子點(diǎn)或其他窄能帶半導(dǎo)體等對(duì)TiO2進(jìn)行敏化,來(lái)拓寬其應(yīng)用光譜范圍。鞠煜先課題組M報(bào)道了使用磺酸基鐵卟啉功能化TiOi納米粒子,構(gòu)建了一種在較低電位下檢測(cè)生物分子的光電化學(xué)傳感器。徐靜娟課題組M使用CdS與TiOi構(gòu)成雜合物來(lái)構(gòu)建光電轉(zhuǎn)換層，通過(guò)免標(biāo)記免疫法實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)蛋白的檢測(cè)。蔡青云課題組69通過(guò)CdTe/CdS共敏化TiO2納米管陣列構(gòu)建了一種用于八氯苯乙烯檢測(cè)的免標(biāo)記光電化學(xué)免疫傳感器。通過(guò)使用P3HT與TiOi復(fù)合修飾電極,建立了一種在可見(jiàn)光下零電位檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥的光電化學(xué)傳感器。另外,也有用導(dǎo)電高分子與貴金屬粒子共同修飾TiOi的報(bào)道。利用導(dǎo)電高分子與TiOi形成的多級(jí)電荷分離體系,并結(jié)合Au、Ag等貴金屬的摻入對(duì)電極表面過(guò)電位的降低及對(duì)轉(zhuǎn)移的促進(jìn)，可以提高半導(dǎo)體材料的光電化學(xué)性能,這也為光電化學(xué)分析提供了新的材料復(fù)合。
無(wú)機(jī)半導(dǎo)體中，另一種常用的材料是CdS(Se、Te)納米材料或QDs,目前已有綜述對(duì)這類(lèi)材料的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)B4,73。針對(duì)該類(lèi)材料具有較高的電荷復(fù)合速率和光穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，通過(guò)分子/電子傳遞體系或有效電子傳導(dǎo)陣列，減少半導(dǎo)體中電子的復(fù)合,對(duì)提高其光穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率是十分重要的。近年來(lái)，隨著對(duì)碳材料研究的不斷深入,碳納米管（CNTs)、石墨烯（GR)等材料以其優(yōu)異的電子學(xué)性質(zhì)，在促進(jìn)光電極材料的光電化學(xué)性質(zhì)方面有著較多應(yīng)用。Wang等M合成了CdS修飾GR的復(fù)合材料,并構(gòu)建了用于靈敏檢測(cè)有機(jī)磷的光電化學(xué)傳感器。使用一步快速溶液反應(yīng)制備了GR~CdS納米復(fù)合材料,并用這種新合成的GR~CdS納米復(fù)合材料構(gòu)建了用于檢測(cè)谷胱甘肽（GSH)的光電化學(xué)生物傳感器。Li等M通過(guò)苯并b]芘磺酸鹽與還原的氧化石墨烯(RGO)之間的mi堆積(stacking)作用對(duì)RGO進(jìn)行非共價(jià)功能化,并結(jié)合CdS納米粒子的原位生長(zhǎng)制備了RGO^CdS納米復(fù)合物；以此材料為光電轉(zhuǎn)換層免疫檢測(cè)了前列腺特異性抗原（PSA)。制備了具有較好光電化學(xué)活性的Cd0.5Zn0.5S/RGO納米復(fù)合材料，并基于此復(fù)合材料構(gòu)建光電化學(xué)傳感器，用于Cu2+的選擇性檢測(cè)。碳材料作為電子傳導(dǎo)基質(zhì)的引入，不僅提高了量子點(diǎn)的光電轉(zhuǎn)換效率，也為提高其他半導(dǎo)體材料的光電化學(xué)活性提供了重要思路和方法。
此外,氧化鎢作為一種本征型半導(dǎo)體氧化物,具有耐酸性和耐高溫的能力，并有較高的抗光腐蝕性；其能帶寬度約為2.6eV,對(duì)可見(jiàn)光中的藍(lán)光有較強(qiáng)的吸收；由于其能帶寬度較TiOi小，可直接利用太陽(yáng)光，因而具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值62’83。我們課題組M以WO;為基礎(chǔ)材料并與石墨烯和原卟啉復(fù)合,構(gòu)建了一種多級(jí)電荷分離體系用于半胱氨酸的光電檢測(cè)。Zhang等M制備了WO;修飾TiC/C核殼納米纖維復(fù)合電極,用于H2O2的無(wú)酶光電化學(xué)檢測(cè)。納米硫化鉍是一種重要的窄能帶直接半導(dǎo)體，其禁帶寬度可以調(diào)節(jié)（Eg=1.30~1.70eV),表現(xiàn)出具有較寬的吸收光譜和較高的吸收系數(shù)（一般在扣4?^5^-1)B5-86。我們課題組在進(jìn)一步研究B^h的光電化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，分別構(gòu)建了用于檢測(cè)DNA甲基化67]、DNA甲基轉(zhuǎn)移酶活性和miRNA89的光電化學(xué)生物傳感器。
3.4其他
除了以上討論的這些光電活性物質(zhì)外,全碳材料M和QN4復(fù)合材料M也逐漸引起了人們的關(guān)注。另外,某些生物材料如細(xì)胞、DNA、熒光蛋白等也具有光電化學(xué)活性，利用它們自身的光激發(fā)電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程引起的光電流變化，可以研究生物分子與其他物質(zhì)間的相互作用92,該領(lǐng)域仍需深入研究。
4光電化學(xué)傳感器信號(hào)產(chǎn)生與傳感模式
4.1直接電荷轉(zhuǎn)移與氧化還原
在光電化學(xué)傳感器的設(shè)計(jì)上，一般采用較多是陽(yáng)極光電流。在該傳感模式中，光電極的電極反應(yīng)只涉及電荷轉(zhuǎn)移和電子或參與的直接氧化還原反應(yīng),一般不包括分子識(shí)別、酶催化等其他過(guò)程;信號(hào)產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)電荷的有效分離。在光激發(fā)下，光電活性物質(zhì)發(fā)生電子躍遷產(chǎn)生電子，電子轉(zhuǎn)移至電極表面,而留在光電層中的與電解質(zhì)溶液中的待檢測(cè)物分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)。被檢測(cè)物一般是具有還原性的物質(zhì)，通常將其作為電子供體以一定濃度直接加入到電解質(zhì)溶液中。被檢測(cè)物分子的加入使得光電層中產(chǎn)生的電子可以有效分離,減少其復(fù)合,使光電流增加。光電流的增加會(huì)隨待測(cè)物濃度的增大而增強(qiáng)，因而可以通過(guò)光電流與被檢測(cè)物分子的數(shù)量關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的定量分析。Cooper等63制備了亞甲基藍(lán)和亞甲基綠固定的磷酸鋯修飾的鉑通道光電極,在波長(zhǎng)620~670nm的可見(jiàn)光照射下，光氧化的染料與抗壞血酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生光電流；基于該電極構(gòu)建的傳感器對(duì)抗壞血酸的定量檢測(cè)濃度可達(dá)到1mM。鞠煜先課題組64使用磺酸原卟啉功能化的ZnO納米粒子修飾ITO電極構(gòu)建了一種光電化學(xué)傳感器。所制備的電極在360nm的光照下表現(xiàn)出有效的光電流響應(yīng);加入的半胱氨酸作為電子供體,可有效地捕獲光生而使光電流增強(qiáng)。基于這種光電流信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)半胱氨酸的線性范圍為0.6~157^M,檢測(cè)限為0.2+M。另外，鞠煜先課題組M還應(yīng)用基于抑制電荷復(fù)合的光電化學(xué)策略來(lái)檢測(cè)多巴胺。該光電化學(xué)傳感器是通過(guò)將表面未鈍化的CdTeQDs直接涂覆在含氟導(dǎo)電玻璃（FTO)基底上制得。量子點(diǎn)在405nm的光激發(fā)下，產(chǎn)生電荷分離，電子轉(zhuǎn)移至溶液中的02使其還原為O2_.,促進(jìn)電荷分離。能級(jí)處于量子點(diǎn)價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的電子供體可以捕獲,從而抑制載流子的復(fù)合,使光電響應(yīng)增強(qiáng)。
雖然基于直接電荷轉(zhuǎn)移與氧化還原的策略具有直接、簡(jiǎn)便、易行的特點(diǎn),并且靈敏度較高,但存在的問(wèn)題是可用于直接檢測(cè)的目標(biāo)物較少，且體系抗干擾能力較弱,在選擇性上往往不能給出比較滿意的結(jié)果。為了提高選擇性，可以通過(guò)一定的前處理過(guò)程,將目標(biāo)分子有選擇的轉(zhuǎn)化為可用于光電流信號(hào)產(chǎn)生的物質(zhì)，以間接的方式來(lái)達(dá)到檢測(cè)目的。如Li等M首先將待檢測(cè)的甲基對(duì)硫磷通過(guò)簡(jiǎn)單水解反應(yīng)得到對(duì)硝基苯酣,然后以對(duì)硝基苯酣作為電子供體,在由PTCA/TiOl作為光陽(yáng)極構(gòu)成的光電化學(xué)池中檢測(cè)光電流信號(hào),從而間接地實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)磷的檢測(cè)。
4.2基于分子結(jié)合導(dǎo)致的位阻效應(yīng)引起的光電流抑制策略
基于分子識(shí)別和結(jié)合引起的光電層表面空間位阻效應(yīng)建立起的光電化學(xué)傳感器,在很多方面得到了研究和應(yīng)用。通過(guò)前面的介紹可知，一般對(duì)于陽(yáng)極光電流的產(chǎn)生,需要在電解質(zhì)溶液中有電子供體來(lái)捕獲來(lái)完成光電極反應(yīng)。在用于光電檢測(cè)的光電化學(xué)池中，無(wú)毒且氧化電位較低的抗壞血酸通常會(huì)被作為電子供體加入到電解質(zhì)溶液中B7]。如果在光電層與電解質(zhì)溶液層之間嵌入具有空間阻隔效果的分子復(fù)合物，就會(huì)阻礙電子供體向光電層的遷移和捕獲,從而使光電流降低。基于這種光電流的降低與位阻效應(yīng)的定量關(guān)系可以用于目標(biāo)物的分析。目前文獻(xiàn)報(bào)道的基于分子識(shí)別和結(jié)合產(chǎn)生位阻效應(yīng)最常用的方式是形成生物分子間強(qiáng)作用親和物（如生物素親和素、抗原~抗體、分子受體等作用方式）。Cosnier課題組M使用生物素標(biāo)記的吡咯基-Ru配合物為前驅(qū)體,利用電化學(xué)方法合成了含生物素的聚（吡咯-Ru(n))復(fù)合膜，通過(guò)生物素和親和素之間的親合作用，將親和素標(biāo)記的霍亂毒素（choleratoxin)固定到電極表面，并利用抗原抗體結(jié)合,以光電流降低法檢測(cè)了霍亂毒素抗體。徐靜娟課題組99利用層層組裝法將正電性的聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDDA)和巰基乙酸（TGA)修飾的帶有負(fù)電性的水溶性CdS量子點(diǎn)（TGA^CdSQDs)交替組裝在IT0電極表面，再通過(guò)TGA表面的一C00H與IgG的一N%結(jié)合將IgG修飾到電極表面從而制備出免標(biāo)記的光電化學(xué)免疫傳感器。在含有0.1M抗壞血酸（AA)為電子供體的磷酸緩沖溶液中，不加抗原時(shí)該光電極有較強(qiáng)的光電流響應(yīng)，在加入抗原后,抗原與抗體形成免疫復(fù)合物,增加了光電極表面的空間位阻，阻礙了電子供體的傳質(zhì)過(guò)程從而使光電流減小，該傳感器在最優(yōu)條件下對(duì)抗原的檢測(cè),表現(xiàn)出較好的選擇性、靈敏度和穩(wěn)定性。
還有一些文獻(xiàn)報(bào)道了基于aptamer與生物材料之間的作用產(chǎn)生位阻效應(yīng)來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物的方法。Zhang等_分別在層層組裝的CdSe納米粒子光電層上固定了可特異性識(shí)別目標(biāo)細(xì)胞和溶菌酶的aptamer,利用aptamer與目標(biāo)物形成的復(fù)合物增加電子供體傳輸?shù)奈蛔瑁砸种品▽?shí)現(xiàn)了對(duì)Ramos細(xì)胞和溶菌酶的檢測(cè)。另外,也有利用修飾在電極表面某些可以與靶細(xì)胞表面殘基特異性識(shí)別的分子，將被測(cè)細(xì)胞鍵合在電極表面形成位阻效應(yīng)。如Zhao等剛將葉酸固定在GR/CdS修飾的IT0電極表面,利用葉酸與癌細(xì)胞表面葉酸受體之間的結(jié)合作用將細(xì)胞固定在電極上，以抑制法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)癌細(xì)胞的檢測(cè)。徐靜娟課題組M以苯硼酸功能化的卟啉敏化TiOi作為光電層，利用硼酸基團(tuán)與目標(biāo)細(xì)胞表面的睡液酸殘基結(jié)合形成的復(fù)合物來(lái)產(chǎn)生位阻效應(yīng),以抑制法檢測(cè)目標(biāo)細(xì)胞。
4.3酶抑制及酶催化法
光電化學(xué)分析中基于酶催化活性來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生和變化也是一類(lèi)重要的策略。在光電化學(xué)分析中常用到的酶主要有乙酰膽堿酯酶（AChE)、辣根過(guò)氧化物酶（HRP)、葡萄糖氧化酶（GOx)、堿性磷酸酶（ALP)等。
在光電化學(xué)分析中，電極光電層表面固定的AChE可以催化硫代乙酰膽堿生成膽堿，膽堿具有一定的電活性,在被氧化后，兩分子的膽堿可以通過(guò)S-S結(jié)合形成沒(méi)有電活性的二聚體，同時(shí)產(chǎn)生光電流。該過(guò)程需要利用固定在電極上的AChE的酶催化反應(yīng)來(lái)完成。當(dāng)有AChE酶抑制劑存在時(shí),AChE的活性就會(huì)降低，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致生成的膽堿量減少和光電流降低_。通過(guò)這種策略既可以分析AChE酶的活性，也可以對(duì)抑制劑進(jìn)行定量&04,105。如Wang等和Gong等剛分別用AChE修飾CdS/GR和BiOI光電層，利用有機(jī)磷農(nóng)藥對(duì)AChE酶活性的抑制作用，以光電流抑制法實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)。
HRP的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面，一是與％02一起用于生物催化沉積（BCP)。利用固定有HRP的CdS/TiOi修飾電極，通過(guò)HRP在H2O2存在下催化氧化4氯4萘酣（4-CN),在電極表面的沉積物，阻礙電子供體傳質(zhì)過(guò)程,使光電流降低,并以此建立起對(duì)H2O2的光電化學(xué)檢測(cè)。該課題組M還基于生物催化沉積（BCP)構(gòu)建了連有HRP的三明治結(jié)構(gòu)的光電化學(xué)免疫分析陣列，并考察了對(duì)鼠IgG(抗原Ag)的協(xié)同超靈敏檢測(cè)。HRP在該體系中主要有三個(gè)作用：（1)HRP標(biāo)記的二抗(Ab2)通過(guò)生物結(jié)合后可以增強(qiáng)空間位阻，（2)HRP與％O2共同催化促進(jìn)BCP過(guò)程，進(jìn)一步增強(qiáng)位阻效應(yīng)，(3)HRP可以吸收部分光子，使信號(hào)降低。綜合BCP^PEC免疫分析陣列的多信號(hào)協(xié)同結(jié)果,該電極表現(xiàn)出對(duì)抗原較好的分析性能。HRP應(yīng)用的第二個(gè)方面是催化％O2分解，該方面在信號(hào)傳感中又可以以兩種形式實(shí)現(xiàn)。第一種是HRP直接催化&O2分解,促進(jìn)電極與電解質(zhì)溶液之間的電子傳遞和光電流的產(chǎn)生M。第二種是通過(guò)HRP標(biāo)記的待測(cè)分子與未標(biāo)記的待測(cè)分子之間的競(jìng)爭(zhēng)和HRP催化共同實(shí)現(xiàn)的。如Kang等aw]使用抗體(Anti-PAH)修飾的TiO2納米管(TiO2NTs)與多環(huán)芳香化合物（PAH)和HRP雙功能化的納米金(BGNPs)復(fù)合，用于PAH超靈敏光電化學(xué)免疫分析。在不加入PAH時(shí)，Anti~PAH的表面被BGNPs所飽和，BGNPs上的HRP可以催化H2O2的還原，促進(jìn)電極和電解質(zhì)之間的電荷傳遞,從而產(chǎn)生光電流；而在加入PAH后,PAH會(huì)與BGNPs競(jìng)爭(zhēng)與Anti-PAH的結(jié)合位點(diǎn)，使BGNPs的結(jié)合減少，并導(dǎo)致光電流降低。除了不參與BCP外,GOx與HRP的應(yīng)用基本類(lèi)似。
ALP是生物體內(nèi)廣泛存在的一種酶，可以催化水解生物體內(nèi)的許多磷酸酯。最近，徐靜娟課題組112提出了以ALP標(biāo)記二抗并通過(guò)納米金擴(kuò)增，催化底物中的抗壞血酸磷酸酯（AAP)原位產(chǎn)生抗壞血酸作為電子供體，以光電流信號(hào)增加的方式免疫檢測(cè)了前列腺癌抗原（PSA)。隨后他們M又報(bào)道了將ALP固定到TiOi層，催化AAP產(chǎn)生抗壞血酸鹽,利用抗壞血酸鹽與TiOi表面的缺陷形成配體金屬電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，使得TiO2在可見(jiàn)光區(qū)域有了較強(qiáng)的吸收帶,進(jìn)而產(chǎn)生光電流響應(yīng),并在此基礎(chǔ)上考察了2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)對(duì)ALP酶活性的抑制作用。
此外在光電化學(xué)分析中應(yīng)用到的酶還有肌氨酸氧化酶以及類(lèi)酶M等,如利用FePt的類(lèi)過(guò)氧化物酶活性檢測(cè)％O2ai6,117]；某些DNA酶也具有類(lèi)過(guò)氧化物酶活性，可以通過(guò)BCP或基于％O2分解引起的信號(hào)產(chǎn)生用于光電化學(xué)分析49。除了直接對(duì)酶活性進(jìn)行分析以外，也可以通過(guò)間接法進(jìn)行分析,如Willner課題組_曾報(bào)道過(guò)間接法測(cè)定酪氨酸酶(Tyrosinase)活性的方法。
4.4貴金屬納米粒子的局域表面等離子體效應(yīng)(LSPR)與激子等離子體激元反應(yīng)（EPI)
貴金屬（Au、Ag、Pt等）在分析化學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。LSPR是入射光的電磁場(chǎng)頻率與金屬自由電子的集體振蕩頻率發(fā)生共振時(shí)產(chǎn)生的一種物理光學(xué)現(xiàn)象,該現(xiàn)象與納米粒子的形狀、大小、間距、介電性能以及周?chē)h(huán)境等有關(guān)M。利用LSPR的性質(zhì)，目前已經(jīng)發(fā)展了基于散射、消光等技術(shù)的LSPR光學(xué)傳感器_。基于TiO2或ITO電極負(fù)載的Au、Ag等貴金屬納米粒子的LSPR光電化學(xué)性質(zhì)，可以開(kāi)發(fā)新的光電化學(xué)分析方法。在可見(jiàn)光的照射下，負(fù)載在電極表面的金屬納米粒子由于表面LSPR的存在而引起電荷分離，當(dāng)電極基底材料的導(dǎo)帶態(tài)密度比金屬納米粒子的更高時(shí),就會(huì)有金屬納米粒子的光激發(fā)電子向電極轉(zhuǎn)移12fl,氧化態(tài)的金屬納米粒子從溶液中捕獲電子，從而產(chǎn)生光電流。Zhao等122以液相沉積TiOi為基底，以AuNPs為L(zhǎng)SPR產(chǎn)生源,考察了％O2對(duì)AuNPs在TiOi表面的生長(zhǎng)調(diào)控,并結(jié)合GOx催化氧化葡萄糖促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移，以信號(hào)增強(qiáng)的方式檢測(cè)了葡萄糖。
陳洪淵課題組在研究了CdSQDs與貴金屬納米粒子（AuNPs、AgNPs)光電化學(xué)過(guò)程的基礎(chǔ)上還提出了激子等離子體激元（EPI)相互作用的信號(hào)產(chǎn)生模式,并以此策略實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA的檢測(cè)。以CdSQDs與AuNPs之間的作用為例，其作用原理如圖2所示。在一定能量光子激發(fā)下（過(guò)程1),量子點(diǎn)價(jià)帶上的電子發(fā)生躍遷至導(dǎo)帶上（過(guò)程2),產(chǎn)生電子。如果電極處在合適的溶液中并且材料與電極能級(jí)合適，溶液中的電子供體就會(huì)捕獲（過(guò)程3),導(dǎo)帶上的電子也會(huì)向電極方向轉(zhuǎn)移（過(guò)程4),就會(huì)有光電流的產(chǎn)生，這種情況和前面討論的情況一致。但是激發(fā)產(chǎn)生的載流子難免會(huì)發(fā)生復(fù)合（過(guò)程5和6)。在復(fù)合過(guò)程中，經(jīng)過(guò)弛豫之后的輻射躍遷會(huì)發(fā)射出熒光；如果所發(fā)射的熒光與AuNPs的吸收譜發(fā)生重疊，就可以引起AuNPs的LSPR,將這部分能量吸收（過(guò)程7)。同時(shí),LSPR所產(chǎn)生的局域電場(chǎng)會(huì)反過(guò)來(lái)加強(qiáng)過(guò)程6的進(jìn)行（過(guò)程8),從而建立起CdSQDs(激子）與AuNPs(等離子體）之間的能量傳遞（總和為過(guò)程9),使得光電材料的效率降低。將AuNPs換成AgNPs也有類(lèi)似的過(guò)程。目前,基于這種策略的研究還比較少。
3.5其他傳感模式
除了以上傳感模式外,基于電極表面原位沉積導(dǎo)致的光電流變化策略、基于分子印跡識(shí)別的光電分析策略（MIP-PEC)、光電活性物質(zhì)tlsDNA嵌合策略、化學(xué)發(fā)光激發(fā)的光電化學(xué)檢測(cè)體系及某些signal-on策略也得到很多關(guān)注。
基于電極表面原位沉積導(dǎo)致的光電流變化策略主要用于某些金屬離子和陰離子的檢測(cè)。電極表面的原位沉積一般是指通過(guò)一定方法在修飾電極表面形成新光電活性中心的過(guò)程。新光電化學(xué)活性中心的生成主要是利用電極表面已有的光電材料與溶液中的某種待測(cè)離子發(fā)生離子交換,或是借助一定的輔助物與被測(cè)金屬離子作用形成沉積。Shchukin等125首先將新制的CdO修飾電極放入含S2-的溶液中，在CdO表面形成CdS沉積；然后將CdO/CdS修飾電極在另一不含捕獲劑的電解質(zhì)中檢測(cè)其光電流響應(yīng)，來(lái)檢測(cè)S2-。該檢測(cè)策略用于檢測(cè)的金屬離子比較多的是Cu2+和Cd2+。由于CuS的溶度積常數(shù)比CdS的小，當(dāng)把以CdS或其復(fù)合物作為光電層的修飾電極浸入含有Cu2+的溶液中，通過(guò)離子交換會(huì)在CdS的表面生成CwS。所生成的C^S在CdS表面相當(dāng)于是一個(gè)激子阱(excitontrapping),由于它的形成使得載流子易于在激子阱中復(fù)合,從而導(dǎo)致光電流的降低，以此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Cu2+的定量分析a26?12a。對(duì)于Cd2+的檢測(cè)一般是采用在電極表面沉積CdS或CdSe的方式來(lái)進(jìn)行。田陽(yáng)課題組&29]將TiO2NTs電極浸入含有％SO4和SeO2的體系中，隨著Cd2+加入量的增多，在TiO2NTs上原位電沉積出CdSe納米簇，對(duì)TiOi起到敏化作用，使光電流增加，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)Cd2+的定量分析。基于類(lèi)似的方法，該課題組㈣還在TiOiNTs和CdSO^溶液體系中，利用&S與Cd2+反應(yīng)生成的CdS在TiO2NTs上沉積敏化來(lái)檢測(cè)H2S。
對(duì)于某些非電活性的被測(cè)物，可以選擇分子印跡（MIP)與光電化學(xué)分析相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高選擇性檢測(cè)的目的。Shi等131首次在TiOiNTs負(fù)載吡咯基聚合物作為增強(qiáng)光電層和MIP識(shí)別單元，以信號(hào)增加的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)2,4~D的靈敏檢測(cè)。同一課題組的Chen等_和Lu等_分別利用類(lèi)似的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)微囊藻毒素（Microcystin~LR)和雙酣A的檢測(cè)。于京華課題組134,135先后報(bào)道了利用聚鄰苯二胺分子印跡膜修飾TiOiNTs構(gòu)建光電化學(xué)傳感器，并用于毒死啤(Chlorpyrifos)和林丹(Lindane)的特異性識(shí)別和檢測(cè)。
在與DNA分析有關(guān)的檢測(cè)中，比較常用的方法是基于Ru聯(lián)吡啶配合物與雙鏈DNA的嵌合作用。郭良宏課題組在這方面做了很多工作。如果先將Ru聯(lián)吡啶配合物固定在電極表面作為光電活性中心,當(dāng)溶液中加入未損傷的雙鏈DNA時(shí),雙鏈DNA就會(huì)鍵合在電極表面,使光電流降低136;而當(dāng)DNA受到損傷后,損傷的DNA會(huì)將Ru聯(lián)吡啶配合物暴露出來(lái)，使光電流響應(yīng)增強(qiáng)。另一方面，如果先將雙鏈DNA固定在電極表面，當(dāng)DNA以雙鏈完整形式存在時(shí)，具有光電化學(xué)活性的Ru聯(lián)吡啶配合物就可以嵌入到DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的凹槽中，會(huì)產(chǎn)生較大的光電流；當(dāng)DNA受到損傷后，Ru聯(lián)吡啶配合物就會(huì)從DNA中脫離出來(lái)，光電流降低。通過(guò)對(duì)比前后的光電流變化就可以對(duì)雙鏈DNA損傷進(jìn)行檢測(cè)。隨后，該課題組將Ru-聯(lián)吡啶配合物與雙鏈DNA的嵌合作用推廣到了Hg2+6141、DNA8~oxodGuo損傷_和DNA甲基化損傷檢測(cè)等方面。
除了外加物理光源為激發(fā)源的檢測(cè)過(guò)程外，以化學(xué)發(fā)光（CL)作為激發(fā)源,并與光電化學(xué)檢測(cè)結(jié)合起來(lái)的方法也有報(bào)道。張書(shū)圣課題組143報(bào)道了以異魯米諾4^O2~Co2+化學(xué)發(fā)光體系為光源，通過(guò)間接法檢測(cè)了癌細(xì)胞中的巰基化合物。Willner課題組144以Hemin/G四聯(lián)體4^O2化學(xué)發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移（CRET)體系為激發(fā)源，實(shí)現(xiàn)了對(duì)GOx酶活性和DNA的分析。
此外,為了提高光電化學(xué)檢測(cè)的靈敏度,通過(guò)其他途徑實(shí)現(xiàn)signals檢測(cè)的策略也引起了人們的研究興趣。張書(shū)圣課題組先后報(bào)道了基于aptamer與目標(biāo)分子的識(shí)別反應(yīng)間接signals檢測(cè)癌細(xì)胞中的三磷酸腺苷（ATP)a45和基于溶菌酶與aptamer之間識(shí)別反應(yīng)的反位阻效應(yīng)signals檢測(cè)溶菌酶146。類(lèi)似地,Zhang等M先將可以與雙酣A特異識(shí)別的aptamer固定在光電層上，當(dāng)在體系中加入雙酣A后，雙酣A與aptamer的識(shí)別反應(yīng)使aptamer脫離光電層，實(shí)現(xiàn)了signal~on檢測(cè)雙酣A。
5光電化學(xué)傳感器的發(fā)展前景
目前光電化學(xué)傳感器中光電活性材料選擇主要集中在TiO2、ZnO、CdX(S、Se、Te)、Ru金屬配合物、有機(jī)染料等。為了促進(jìn)電荷分離和電子傳遞,構(gòu)建多級(jí)電荷分離體系、光電材料電子傳輸介質(zhì)復(fù)合等手段在光電化學(xué)體系的設(shè)計(jì)上得到了一些應(yīng)用；在信號(hào)識(shí)別和傳感模式上也有了多種實(shí)現(xiàn)方式。近年來(lái)，隨著流動(dòng)注射系統(tǒng)、微流控系統(tǒng)等的快速發(fā)展，將這些技術(shù)與光電化學(xué)分析結(jié)合起來(lái)，共同開(kāi)發(fā)可用于多組分、多樣品、高通量陣列檢測(cè)系統(tǒng)逐漸引起了人們的關(guān)注。此外種廉價(jià)、可快速制備的紙基光電分析體系也引起了人們的研究興趣。
*是中國(guó)光學(xué)科技的發(fā)源地，經(jīng)過(guò)幾十年的建設(shè)，*已成為中國(guó)光電子領(lǐng)域科研、產(chǎn)業(yè)和人才快速發(fā)展的地區(qū)，被譽(yù)為中國(guó)光學(xué)科技和光電人才培養(yǎng)的搖籃。2*年*月，*被國(guó)家批準(zhǔn)為光電子產(chǎn)業(yè)基地。20*年8月，*市成功承辦了第二十屆國(guó)際光學(xué)大會(huì)。*光電子產(chǎn)業(yè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景為投資者提供了巨大商機(jī)。
*具有促進(jìn)光電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新能力。*有27所高等院校，98個(gè)研究院所，19個(gè)國(guó)家重點(diǎn)科研開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，41萬(wàn)名各類(lèi)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員。在光電子領(lǐng)域，有3個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，設(shè)置35個(gè)相關(guān)的學(xué)科，擁有全國(guó)最大的光電子研究所和全國(guó)唯一的以光電子專(zhuān)業(yè)為主要學(xué)科的大學(xué)，在光顯示技術(shù)、發(fā)光學(xué)、現(xiàn)代應(yīng)用光學(xué)、光學(xué)工程等優(yōu)勢(shì)學(xué)科領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，取得了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果。
*的光電子信息產(chǎn)業(yè)已形成良好的勢(shì)頭。*的光電信息產(chǎn)業(yè)是以實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，目前投放市場(chǎng)的500多種光電子產(chǎn)品中，80%是自主研發(fā)的技術(shù)。2000年以來(lái)，*平均每年有30種光電子及信息技術(shù)產(chǎn)品問(wèn)世，這些產(chǎn)品主要集中在光顯示器件及上下游產(chǎn)品、光電子器件與材料、光電儀器儀表與設(shè)備、汽車(chē)電子、嵌入式軟件等領(lǐng)域。在光顯示器件及上下游產(chǎn)品方面，*擁有一支從事平板顯示技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)的優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)，產(chǎn)品覆蓋了TFT-LCD、CSTN-LCD、OLED、PLED、白光二極管、發(fā)光材料等領(lǐng)域。*建成了中國(guó)第一條TFT-LCD生產(chǎn)線，是中國(guó)開(kāi)展液晶技術(shù)研發(fā)的重要基地；在光電子器件與基礎(chǔ)材料方面，研制和生產(chǎn)全固體激光器，光電編碼器，指紋識(shí)別模塊，紫外寫(xiě)入光柵，彩色光學(xué)玻璃，光學(xué)晶體及鍍膜材料，熒光粉及電致發(fā)光材料等100多種產(chǎn)品，其中90%在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先，部分技術(shù)在國(guó)際上達(dá)到先進(jìn)水平；在光電儀器儀表與設(shè)備方面，主要研制和生產(chǎn)光電醫(yī)療儀器設(shè)備、電化學(xué)儀器、地學(xué)儀器、高溫金相顯微鏡、MPT光譜儀、夜視儀、指紋識(shí)別儀、車(chē)用儀器儀表、COG綁定機(jī)、激光調(diào)阻機(jī)等產(chǎn)品；在汽車(chē)電子方面，以車(chē)身電子系統(tǒng)、車(chē)載電子系統(tǒng)、車(chē)輛控制系統(tǒng)等為重點(diǎn)的汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)成為*光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)；在軟件方面，生物識(shí)別、信息安全、車(chē)載通訊及與光電子技術(shù)和汽車(chē)電子技術(shù)相融合的嵌入式軟件等領(lǐng)域的產(chǎn)品已成為國(guó)產(chǎn)軟件的知名品牌。圍繞五個(gè)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域的發(fā)展，*將在研發(fā)中心及產(chǎn)品檢測(cè)中心等公共平臺(tái)建設(shè)、重大技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化、風(fēng)險(xiǎn)投資及終端產(chǎn)品制造商的引進(jìn)等方面對(duì)外開(kāi)放，外商可通過(guò)各種方式開(kāi)展獨(dú)資、合資和合作。
*具有良好的投資環(huán)境。*作為國(guó)家光電子產(chǎn)業(yè)基地，可以享受?chē)?guó)家的專(zhuān)項(xiàng)扶持政策和振興東北老工業(yè)基地的特殊政策。20*年*月，國(guó)家實(shí)施振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略，東北地區(qū)工業(yè)企業(yè)的固定資產(chǎn)，可在現(xiàn)行規(guī)定的折舊年限基礎(chǔ)上，按不高于40%的比例縮短折舊年限以及增值稅抵扣政策。20*年，國(guó)家實(shí)施了扶持液晶產(chǎn)業(yè)政策，包括：進(jìn)口TFT材料免征關(guān)稅、凈化器材免征關(guān)稅和增值稅、允許三年折舊以及液晶產(chǎn)品出口退稅由13%提高到17%等。20*年*月，*市把光電信息產(chǎn)業(yè)確定為未來(lái)五年重點(diǎn)扶持的三個(gè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，以開(kāi)發(fā)區(qū)為主體，為投資者建設(shè)完備的配套環(huán)境、服務(wù)環(huán)境，讓投資者享受到國(guó)家級(jí)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)政策和經(jīng)濟(jì)技術(shù)產(chǎn)業(yè)政策。
20*年年初，組建了*國(guó)家光電子產(chǎn)業(yè)基地發(fā)展股份有限公司，會(huì)同高新、凈月、汽車(chē)、經(jīng)開(kāi)等開(kāi)發(fā)區(qū)，整合調(diào)配各類(lèi)資源，編制了光電子、汽車(chē)電子嵌入式軟件工程中心、光電子產(chǎn)業(yè)基地工程中心和*國(guó)家汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃等可研報(bào)告，并正式向國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部申報(bào)國(guó)家汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)園區(qū)，目前正在審評(píng)中。為推動(dòng)基地與園區(qū)建設(shè)，分別與高新、凈月、汽車(chē)等開(kāi)發(fā)區(qū)和吉大科技園就光電信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投融資體系、風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)制、中小企業(yè)擔(dān)保、企業(yè)孵化中心建設(shè)等問(wèn)題進(jìn)行了探討和論證。形成了以高新區(qū)磐谷國(guó)際商務(wù)港為總部，以經(jīng)開(kāi)區(qū)中科院光機(jī)與物理所為產(chǎn)業(yè)化孵化器，以凈月啟明工業(yè)園、汽車(chē)區(qū)汽車(chē)電子工業(yè)園、高新區(qū)吉大科技園、軟件園為依托的*國(guó)家光電子產(chǎn)業(yè)基地總體方案，編制了申請(qǐng)國(guó)家開(kāi)行資金支持的項(xiàng)目可研。目前，該平臺(tái)項(xiàng)目正在申報(bào)中。綜合技術(shù)服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目啟動(dòng)后，將進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)內(nèi)外光電信息企業(yè)和項(xiàng)目向向*國(guó)家光電子產(chǎn)業(yè)基地集聚。
[關(guān)鍵詞]光電子技術(shù)；電能；光能
光電子技術(shù)主要由光子技術(shù)和電子技術(shù)兩者結(jié)合組成，同時(shí)，技術(shù)中包含的技術(shù)理論十分廣闊。光電子技術(shù)主要涉及光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、光電子學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)理論，是一種典型的多學(xué)科交叉滲透的現(xiàn)代技術(shù)，對(duì)世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，起著重要的推動(dòng)作用。光電子技術(shù)的研究核心是眾多學(xué)科中的光子學(xué)，支撐技術(shù)主要是電子學(xué)，這電子學(xué)是一種近年來(lái)興起的新型研究學(xué)科。因此來(lái)說(shuō)，光電子技術(shù)具有很強(qiáng)的兼容性，其中的電子技術(shù)相對(duì)于微電子技術(shù)來(lái)說(shuō)，有著更多的發(fā)展空間，優(yōu)勢(shì)更加明顯，能夠在更加廣泛的領(lǐng)域得以應(yīng)用。
1光電子技術(shù)相關(guān)概述
所謂光電子技術(shù)，其全稱是光電子信息技術(shù)，該技術(shù)的核心內(nèi)容是進(jìn)行電能和光能的轉(zhuǎn)換，是科學(xué)技術(shù)中的一種全新的技術(shù)，其涵蓋了材料科學(xué)、精細(xì)加工、半導(dǎo)體材料以及固體物理等，是多個(gè)領(lǐng)域的綜合體。光電子技術(shù)的誕生是在20世紀(jì)60年代，并在當(dāng)時(shí)開(kāi)始光電子技術(shù)相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)，從一開(kāi)始的單一的領(lǐng)域應(yīng)用，迅速發(fā)展至今，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域和各個(gè)行業(yè)，比如在軍事武器的制造業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、電子信息行業(yè)以及其他高新制造業(yè)等領(lǐng)域，應(yīng)用十分廣泛。而最初的光電子技術(shù)的發(fā)展，主要得益于無(wú)線激光器設(shè)備的出現(xiàn)，為光電子技術(shù)的發(fā)展提供了重要的光頻波段支持，隨著發(fā)展和研究的深入，光電子技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了信息的處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)裙δ堋９怆娮蛹夹g(shù)能夠通過(guò)對(duì)光子以及電子的利用，來(lái)促使產(chǎn)生一種全新的光子物理現(xiàn)象。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由光電子技術(shù)原理構(gòu)造成的相關(guān)硬件設(shè)備，組成信息技術(shù)中重要的應(yīng)用成分，也為信息技術(shù)的發(fā)展提供了無(wú)限的可能和廣闊的發(fā)展空間。比如，可以通過(guò)光電子技術(shù)將全球所有范圍內(nèi)的電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)，這是通過(guò)光電子技術(shù)能夠簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，也可以利用光電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地球的聯(lián)系，從而組成宇宙性質(zhì)的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)光電子技術(shù)，這在未來(lái)也是有希望得以實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前，光電子技術(shù)可以說(shuō)是互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中最重要的支撐性技術(shù)，主要應(yīng)用在高新技術(shù)領(lǐng)域。而在我國(guó)來(lái)說(shuō)，光電子技術(shù)的起步較晚，但是發(fā)展的速度是極快的，已經(jīng)在我國(guó)國(guó)內(nèi)諸多領(lǐng)域得以應(yīng)用和推廣。在光電子技術(shù)的應(yīng)用中，體現(xiàn)出諸多方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具有極高的速度和極大的容量，對(duì)于日益增長(zhǎng)的信息量處理要求和信息化發(fā)展時(shí)代要求來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是至關(guān)重要的技術(shù)，這也是傳統(tǒng)的電子學(xué)以及微電子學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的。光電子技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的高速度和高頻率處理，能夠?qū)⑿畔奶綔y(cè)到最終處理整個(gè)流程融為一體，一氣呵成，從而在信息技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)著不可動(dòng)搖的地位。
2光電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
21國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)的光電子技術(shù)發(fā)展起步較晚，但是在我國(guó)的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，與最先發(fā)展光電子技術(shù)的發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距不斷縮小，已經(jīng)達(dá)到接近水平。光電子技術(shù)在國(guó)內(nèi)取得如此大的成就，主要受益于我國(guó)政府對(duì)科學(xué)技術(shù)的重視和大力投入。在電子領(lǐng)域的各個(gè)方面，我國(guó)皆取得了不錯(cuò)的發(fā)展成績(jī)，許多方面達(dá)到了世界的先進(jìn)水平，比如在光收發(fā)模塊、探測(cè)器等一些光電子器件上，水準(zhǔn)很高，技術(shù)水平相當(dāng)先進(jìn)，市場(chǎng)份額占比不論是國(guó)內(nèi)還是世界范圍內(nèi)，都有極大的競(jìng)爭(zhēng)力。在我國(guó)，光電子技術(shù)的發(fā)展存在明顯的地區(qū)差異性，光電子技術(shù)的先進(jìn)發(fā)展主要集中在我國(guó)的幾個(gè)發(fā)達(dá)地區(qū)，比如珠江三角洲地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)以及渤海灣地區(qū)，這主要是由目前我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀決定的。另外，在這些發(fā)達(dá)的地區(qū)，高等院校較多，研究所也多，給光電子技術(shù)的研發(fā)和發(fā)展提供了巨大的技術(shù)力量保障。
22國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外的光電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用參差不齊，最為先進(jìn)的是美國(guó)、日本以及歐洲一些國(guó)家。尤其是美國(guó)，特別看重光電子技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展和應(yīng)用，并將光電子技術(shù)列為21世紀(jì)最為重要的戰(zhàn)略性技術(shù)之一，并進(jìn)行了大量的研究投入。日本在光電子技術(shù)方面，近些年來(lái)發(fā)展十分迅猛，在國(guó)際市場(chǎng)上占據(jù)著重要地位。歐洲地區(qū)的光電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，以德國(guó)最為先進(jìn)和典型，德國(guó)對(duì)光電子技術(shù)的投入研究較早，進(jìn)行了大量的研究，因此積累了許多寶貴的研究成果和發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)基礎(chǔ)十分強(qiáng)大。隨著全球化的深入發(fā)展，“地球村”理念逐步形成，使全球范圍內(nèi)的人類(lèi)更加緊密地聯(lián)系在一起，信息通信十分便捷和快速，并對(duì)未來(lái)的信息產(chǎn)業(yè)提出了更高的需求。光電子技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)方面所做出的重大貢獻(xiàn)，對(duì)于全球信息交流的促進(jìn)有著關(guān)鍵的作用。另外，當(dāng)今世界的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，儼然已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。在高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，對(duì)信息傳輸?shù)男枨鬅o(wú)論是數(shù)量上還是效率上，都有著更高的要求，為了滿足這個(gè)巨大的要求，發(fā)展光電子技術(shù)無(wú)疑是最佳選擇。
3光電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
31信息領(lǐng)域
當(dāng)今時(shí)代，是一個(gè)信息化高速發(fā)展的時(shí)代，無(wú)論是現(xiàn)在還是未來(lái)，都離不開(kāi)信息化的支撐。在信息化發(fā)展過(guò)程中，信息傳輸和處理流量正呈現(xiàn)質(zhì)的增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的電子技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)今時(shí)代巨大的信息傳輸和處理。而光子技術(shù)的應(yīng)用，與電子技術(shù)進(jìn)行完美的融合，并產(chǎn)生全新的光電子技術(shù)，能夠極大擴(kuò)大信息容量和信息傳輸速率，比起傳統(tǒng)的電子技術(shù)優(yōu)勢(shì)巨大，能夠有效促進(jìn)信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。當(dāng)前在信息領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始大范圍開(kāi)展光電子技術(shù)的應(yīng)用，并取得了極好的影響效果，為信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展帶來(lái)了更多的可能和廣闊空間，提升了信息領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
32能源領(lǐng)域
能源是地球上賴以生存的重要發(fā)展來(lái)源。在過(guò)去的許多年發(fā)展中，世界對(duì)能源的需求巨大，依靠傳統(tǒng)能源取得了良好的發(fā)展成效。但是與此同時(shí)，世界發(fā)展在能源方面也逐漸顯現(xiàn)出諸多發(fā)展瓶頸，主要是傳統(tǒng)能源的枯竭，以及世界對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲越來(lái)越大。因此，當(dāng)前的主要辦法就是進(jìn)行清潔能源的生產(chǎn)和利用。如何研發(fā)出既清潔環(huán)保，又能夠高效利用的新能源，成為當(dāng)今世界能源研究的主要議題。而光電子技術(shù)，能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化成熱能的這一偉大功能，使得其在新能源領(lǐng)域備受關(guān)注，具有極大的新能源產(chǎn)業(yè)潛力，市場(chǎng)前景十分廣闊。目前在世界范圍內(nèi)，尤其是在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中，利用光電子技術(shù)獲取新能源的方式已經(jīng)得到應(yīng)用，在我國(guó)也已經(jīng)進(jìn)行了初步的應(yīng)用。
33汽車(chē)領(lǐng)域
汽車(chē)是當(dāng)今世界最主要的交通工具之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)汽車(chē)的市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大。在汽車(chē)領(lǐng)域，人們開(kāi)始越來(lái)越注重汽車(chē)的整體功率、能耗、舒適度以及外觀等因素，這就意味著需要更加先進(jìn)的汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)。光電子技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得汽車(chē)的功率轉(zhuǎn)化大大提升，并且通過(guò)光電子技術(shù)，能夠?qū)ζ?chē)生產(chǎn)材料進(jìn)行高精度的加工，極大提升了汽車(chē)的整體質(zhì)量和舒適度，減少汽車(chē)在使用中的損耗。
34環(huán)境領(lǐng)域
地球環(huán)境是人類(lèi)生存的基本條件，保護(hù)環(huán)境，是人類(lèi)共同的責(zé)任。步入21世紀(jì)以來(lái)，世界范圍內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)到了一個(gè)相對(duì)成熟的水平，與此同時(shí)，工業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展對(duì)環(huán)境造成了極大的損耗，比如逐漸出現(xiàn)的全球變暖問(wèn)題和厄爾尼諾現(xiàn)象等，給地球環(huán)境造成了惡劣的影響。當(dāng)前，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，環(huán)境保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，亟須研發(fā)出能夠遏制環(huán)境逐漸惡化的先進(jìn)技術(shù)。在這種情況下，光電子技術(shù)給環(huán)境保護(hù)和污染治理帶來(lái)了全新的希望，其通過(guò)高精度傳感器的制造，能夠?qū)Νh(huán)境中污染物的濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并進(jìn)行有效的治理與防護(hù)。
35軍事領(lǐng)域
一個(gè)國(guó)家的軍事基礎(chǔ)，是一個(gè)國(guó)家安全力量的巨大保障。光電子技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠極大加強(qiáng)國(guó)防軍事力量，并有著廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)光電子技術(shù)，能夠制造先進(jìn)的激光制導(dǎo)武器，目前，這方面許多發(fā)達(dá)國(guó)家正在加大力度進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用。另外，光電子技術(shù)能夠形成更加有效的圖像傳感器，使得單兵作戰(zhàn)更加強(qiáng)化，得到許多國(guó)家的重視。
36醫(yī)療領(lǐng)域
隨著生活水平的提升，人們?cè)絹?lái)越開(kāi)始注重醫(yī)療健康。光電子技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要是通過(guò)激光來(lái)治療一些以傳統(tǒng)治療手段難以解決的疾病，比如通過(guò)激光進(jìn)行角膜的切除手術(shù)和治療，能夠幫助人類(lèi)矯正視力。隨著光電子技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用，以相關(guān)設(shè)備進(jìn)行手術(shù)，能夠使手術(shù)更加精準(zhǔn)，治療效果更好，提升手術(shù)的成功率和穩(wěn)定程度。
4發(fā)展趨勢(shì)
光電子技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆Ｔ谖磥?lái)，光電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要會(huì)從集成化、擴(kuò)大化、強(qiáng)適應(yīng)性三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化發(fā)展。
光電子技術(shù)的發(fā)展還需要諸多輔助材料的發(fā)展來(lái)促進(jìn)，比如半導(dǎo)體激光以及相關(guān)電氣元件，這些輔助材料和技術(shù)的發(fā)展，才能夠推動(dòng)光電子技術(shù)更加迅速和完善發(fā)展。在導(dǎo)體激光以及半導(dǎo)體激光的迅速發(fā)展之下，通過(guò)各種輔助材料和技術(shù)與光電子技術(shù)的融合，在未來(lái)，光電子技術(shù)將會(huì)呈現(xiàn)集成化發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并不斷研發(fā)出新的設(shè)備以及材料。這些新設(shè)備和新材料與光電子技術(shù)的融合應(yīng)用，將會(huì)推動(dòng)光電子技術(shù)的應(yīng)用效果，并且在光電子技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性以及簡(jiǎn)便性方面得到較大提升與優(yōu)化。
5結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，光電子技術(shù)是當(dāng)今世界最重要的高新技術(shù)之一，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有至關(guān)重要的推動(dòng)作用。當(dāng)前，光電子技術(shù)已經(jīng)在眾多重要領(lǐng)域得到了初步的應(yīng)用，在未來(lái)，光電子技術(shù)的用前景相對(duì)廣闊，有著無(wú)限的發(fā)展可能。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】 紅外線 發(fā)電 銀氧銫
1 模型設(shè)計(jì)方案
1.1 工作原理及設(shè)計(jì)思路
對(duì)于本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ停饕鶕?jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)理論設(shè)計(jì)，并在兩年前學(xué)年論文的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。本套試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕兴拇蟛糠纸M成，分別為紅外線發(fā)射裝置、紅外線接收及轉(zhuǎn)化裝置、電流檢測(cè)裝置、電能的儲(chǔ)存裝置。圖1為設(shè)計(jì)模型示意，中間實(shí)心球體為紅外線的發(fā)射裝置，外周的大球?yàn)榧t外線接收及轉(zhuǎn)化裝置，外部用導(dǎo)線連接，導(dǎo)線上發(fā)光二極管為電流檢測(cè)裝置，電容器為電能的儲(chǔ)存和發(fā)射裝置。
1.2 材料分析
1.2.1 材料的選取
目前光伏電池采用的材料大多為硅材料，其有著效率高成本低的因素，但其吸收光譜的頻率是有限的，只能局限于一些可見(jiàn)光，這樣就標(biāo)志著其只能在白天進(jìn)行正常工作。還有一種新型材料為銻銫，其吸收光譜的敏感光為紫外線，若光伏電池陰極采用這種材料吸收的多為紫外線，其限制條件也為自然光，也就是陽(yáng)光。本文采用的光伏電池陰極材料為銀氧銫，其敏感光為紅外線，紅外線其最主要的特征為熱效應(yīng)，無(wú)論在白天還是黑夜，只要物體存在溫度就會(huì)釋放一定量的紅外線，銀氧銫這種陰極金屬化合物就是將這一部分的紅外線進(jìn)行收集與轉(zhuǎn)化，并且釋放出電能。根據(jù)查閱其他著作，可以了解銀氧銫的感應(yīng)特性，并以此來(lái)計(jì)算出其光能轉(zhuǎn)化率。
1.2.2 銀氧銫光電陰極的研究以及制備方法
對(duì)于銀氧銫陰極的研究，完全可以借鑒超高速光電管中反射式銀氧銫光電陰極的研究。光電陰極是超高速光電管中的重要組成部分，其主要作用就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，也就是起到了光電轉(zhuǎn)化的作用。超高速光電管中的關(guān)鍵也就是本設(shè)備的關(guān)鍵，即材料和工藝。參照其工藝就可以免去重新制作的過(guò)程，節(jié)省了資金以及時(shí)間。
銀氧銫的光譜響應(yīng)范圍為300―1100nm，靈敏度20μA/Lm。縱觀目前的光電材料來(lái)說(shuō)，銀氧銫（Ag-O-Cs）光電陰極最為獨(dú)特。目前為止，銀氧銫陰極是紅外線區(qū)具有響應(yīng)的實(shí)用型真空光電材料。
D.G.Fisher、Sayama等人已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)銀氧銫進(jìn)行了一些化學(xué)分析，在氧化完全的氧化銀基座上制備銀氧銫表明，銀和銫比率為1：1，銫和氧含量比率為2：1，這就說(shuō)明了銀氧銫陰極制備就符合表達(dá)式Ag2O+2Cs2Ag+Cs2O。但是按照目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，銫的化學(xué)分析精度還不夠準(zhǔn)確，是否存在未氧化的銫或者存在銫的其他氧化物，另一個(gè)問(wèn)題就是銀是否一定以單個(gè)粒子的形式存在，等一系列問(wèn)題，那么這種粒子大小是否具有臨界的重要性就是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。盡管人類(lèi)對(duì)銀氧銫這種材料已經(jīng)研究了幾十年，但是其精確的結(jié)構(gòu)還是不能確定，因此，所有的討論大多都是定性的。
長(zhǎng)波響應(yīng)主要是由于陰極中的銀粒子的體積效應(yīng)引起的，由于反射的作用，入射光中只有一小部分能被吸收，所以體積形式的銀的量子產(chǎn)量（電子/入射光子）是較低的。薄銀膜具有相比低的反射和高的吸收，對(duì)于入射光銀氧銫陰極膜的吸收可以高達(dá)50%。光的吸收的增加就使銀氧銫陰極的量子產(chǎn)額比體積銀高出很多倍。
但是，一個(gè)問(wèn)題應(yīng)當(dāng)引起注意，銀氧銫陰極與堿銻化物陰極相比，其量子產(chǎn)額任然很低，其原因?yàn)榧ぐl(fā)光是以帶間躍遷而非帶內(nèi)躍遷的方式吸收，故光子更可能被激發(fā)到真空能級(jí)。另外，銀氧銫陰極中的Ag對(duì)350nm以上波長(zhǎng)的吸收，有一部分為帶內(nèi)躍遷，因此他降低了電子的逃逸幾率，導(dǎo)致其量子產(chǎn)額的降低。
銀氧銫陰極的相應(yīng)曲線是非常具有特征的，在可見(jiàn)光譜內(nèi)，550nm附近有一個(gè)下沉，在紫外線區(qū)350nm處出現(xiàn)一個(gè)極大值，320nm處出現(xiàn)一個(gè)尖的極小值。
1.3 運(yùn)行分析[4]
介于以上對(duì)于銀氧銫陰極特性的研究，可知在紅外線區(qū)出現(xiàn)的峰值為800nm，為了能夠最大限度的達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，可以選擇發(fā)射波長(zhǎng)為800nm的紅外線發(fā)光二極管作為光源，這是光電轉(zhuǎn)換的核心元件。當(dāng)實(shí)驗(yàn)成功后可以用自然界中的紅外線作為光源來(lái)替代人造光源。
紅外線發(fā)光二極管可以特別制造，通過(guò)改變電流去改變紅外線的強(qiáng)度。電子從較低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)，需吸收能量；反之，電子從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)，會(huì)釋放能量。躍遷時(shí)電子吸收或釋放的能量為兩個(gè)能級(jí)之間的差值，是以光子的吸收或發(fā)射方式完成的。只要選擇合適的材料就能使發(fā)光波長(zhǎng)集中在某單一波長(zhǎng)，從而使其發(fā)光效率達(dá)到一個(gè)最優(yōu)的效果。實(shí)際生產(chǎn)中，所用的材料多為砷化鎵等半導(dǎo)體材料，這些材料發(fā)出的光的波長(zhǎng)能夠集中在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)，其中心頻率正好為可見(jiàn)光之外的紅外線區(qū)域。當(dāng)半導(dǎo)體材料正常工作的時(shí)候，其溫度恒定，那么其發(fā)光頻率就完全由通過(guò)其本身的電流大小直接決定，這樣就可以通過(guò)控制電流來(lái)控制其發(fā)光的波長(zhǎng)、頻率，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。
2 結(jié)語(yǔ)
縱觀國(guó)內(nèi)外，對(duì)于紅外線發(fā)電還處于初級(jí)階段，并未出現(xiàn)可以在無(wú)可見(jiàn)光的條件下利用紅外線發(fā)電且應(yīng)用的實(shí)例。但展望紅外線發(fā)電這一技術(shù)，它的成功將使人類(lèi)發(fā)電技術(shù)邁上一個(gè)新的臺(tái)階，它可以將發(fā)電成本大大縮小化，又可以將發(fā)電地區(qū)普及化，最關(guān)鍵的是它可以將時(shí)間任意化。它的成功與應(yīng)用，將徹底扭轉(zhuǎn)現(xiàn)今電子產(chǎn)品供電續(xù)航能力差的局面。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：137Cs；γ射線；不同物質(zhì)；能譜變化
1 概述
原子核能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生γ射線，γ射線按強(qiáng)度的分布即γ射線能譜，簡(jiǎn)稱γ能譜。測(cè)量γ能譜一般使用閃爍γ能譜儀，其利用閃爍體在帶電粒子作用下被激發(fā)或電離后，能發(fā)射熒光（成為閃爍）的現(xiàn)象測(cè)量能譜。γ射線通過(guò)光電效應(yīng)，康普頓散射，（電子對(duì)效應(yīng)）三種方式與物質(zhì)進(jìn)行相互作用。探測(cè)γ射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)能量譜的變化，可以深入了解γ射線與物質(zhì)相互作用。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 實(shí)驗(yàn)原理
光電效應(yīng)：
光電效應(yīng)是物質(zhì)在高于某一特定頻率的電磁照射下放出光電子的現(xiàn)象，當(dāng)能量為hv的入射γ光子與物質(zhì)的原子中束縛電子相互作用時(shí)，光子可以把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子，使電子脫離原子束縛而發(fā)射出去，光子本身消失，發(fā)射光電子的動(dòng)能為：
E=hv-Ei≈hv
這是閃爍體探測(cè)器探測(cè)到的全能峰（光電峰）的來(lái)源。
2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
濱松閃爍體探測(cè)器；四川大學(xué)一體化能譜儀，137Cs放射源；若干鋁片，銅片，鉛片。
3 實(shí)驗(yàn)步驟
3.1 儀器組裝
檢查實(shí)驗(yàn)儀器的線路連接。
3.2 準(zhǔn)直與調(diào)節(jié)
將各個(gè)部分中心置于一條直線上，打開(kāi)放射源屏蔽體開(kāi)關(guān)，微調(diào)光電探測(cè)器的角度，直至計(jì)數(shù)率最高，即已準(zhǔn)直。固定設(shè)備開(kāi)始測(cè)量。
3.3 測(cè)試與記錄
3.3.1 相同材料，不同厚度
取同種材料薄片，多片疊加為不同厚度的等效屏蔽物質(zhì)并進(jìn)行測(cè)試。
3.3.2 相同厚度，不同材料
考慮到實(shí)驗(yàn)室材料的實(shí)際情況，難以保證嚴(yán)格相同的厚度，因此使用上述測(cè)試結(jié)果中9mm左右和18mm左右兩組數(shù)據(jù)直接進(jìn)行對(duì)照。
3.3.3 無(wú)屏蔽測(cè)試
取下所有屏蔽材料，令放射源直射探頭，進(jìn)行60s測(cè)試后記錄數(shù)據(jù)。該記錄位于后文air線。
4 結(jié)果及分析
4.1 相同厚度，不同材料
由常規(guī)刻度圖像可以看出，材料的加厚顯著減弱了整個(gè)能譜中每一道的計(jì)數(shù)率，全能峰與康普頓坪均明顯下降，可認(rèn)為材料與γ射線的相互作用降低了能夠通過(guò)材料抵達(dá)探測(cè)器的γ光子數(shù)，與理論預(yù)期相合。
由對(duì)數(shù)刻度圖像可以看出，隨材料加厚，整條能譜曲線基本不變形地向低計(jì)數(shù)方向平移。由于縱軸為對(duì)數(shù)刻度，較高的全能峰與較低的康普頓坪呈現(xiàn)同樣幅度的下降，意味著厚材料的全能峰相對(duì)于薄材料下降的比例應(yīng)當(dāng)高于康普頓坪下降的比例。
由鉛磚可以看出，在全能峰之后的更高能量范圍依然存在均勻計(jì)數(shù)，且圖像呈現(xiàn)白噪樣。由于該系統(tǒng)中不存在高于全能峰的有效信號(hào)，因此這些計(jì)數(shù)應(yīng)為噪聲，可用于估計(jì)系統(tǒng)噪聲的大小。對(duì)全能峰后的所有道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得每道平均計(jì)數(shù)率為每秒0.024個(gè)信號(hào)。
可以看出，隨著材料的原子序數(shù)增大，整個(gè)能譜計(jì)數(shù)明顯降低。
4.2 數(shù)值分析
對(duì)相同材料、不同厚度的數(shù)據(jù)，考慮到計(jì)數(shù)時(shí)間較短，為確保變化可觀察，對(duì)鋁和銅取最薄和最厚一組，對(duì)鉛取全部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)每組數(shù)據(jù)的康普頓坪與全能峰部分計(jì)數(shù)進(jìn)行積分，并以全能峰總計(jì)數(shù)除以康普頓坪總計(jì)數(shù)，得到峰-康比如表1所示：
對(duì)于相同材料不同厚度的材料，得出的結(jié)論是譜型沒(méi)有明顯變化，但是對(duì)整個(gè)譜進(jìn)行積分，探測(cè)到的粒子數(shù)變少。再對(duì)得出譜進(jìn)行更細(xì)致的分析，對(duì)每個(gè)譜分別積分其康普頓連續(xù)譜和全能峰譜的計(jì)數(shù)，得到同種物質(zhì)不同厚度的峰康比。發(fā)現(xiàn)隨著物質(zhì)厚度的增加，峰康比變小。這是由于窄束γ射線在穿過(guò)物質(zhì)時(shí)被吸收，強(qiáng)度隨物質(zhì)厚度的衰減服從指數(shù)規(guī)律，即：
I=I0e-？滓？篆x=I0E-？滋x
其中I與I0分別是穿過(guò)物質(zhì)之后，穿過(guò)物質(zhì)之前γ射線的強(qiáng)度。N為吸收物質(zhì)單位體積的原子數(shù)。σ是光電效應(yīng)，康普頓，電子對(duì)三種效應(yīng)截面之和，μ為物質(zhì)的線性吸收系數(shù)，它是原子序數(shù)Z和γ射線能量的函數(shù)，且μ=μph+μc+μp，式中μph、μc、μp分別為光電、康普頓、電子對(duì)效應(yīng)的線性吸收系數(shù)，其中 、 、 （Z為物質(zhì)原子序數(shù)）。同種物質(zhì)，穿過(guò)距離x越長(zhǎng)，則γ射線強(qiáng)度越低，總計(jì)數(shù)越少。γ射線在與銅鋁等物質(zhì)相互作用時(shí)，雖然發(fā)生光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的光子數(shù)都會(huì)增加，但是發(fā)生康普頓散射的一部分粒子仍能被探測(cè)到，所以峰康比會(huì)減少。
特別說(shuō)明，對(duì)于鉛而言，能譜的低能段（康普頓坪）會(huì)被薄鉛強(qiáng)烈吸收，而高能段（全能峰）被吸收的比例相對(duì)不那么高，因而導(dǎo)致在薄鉛測(cè)試時(shí)峰康比異常高。在鉛磚測(cè)試時(shí)，其厚度已經(jīng)將全能峰和康普頓坪抑制到接近噪聲的程度，難以再降低計(jì)數(shù)，因此峰康比明顯下降。
對(duì)于相同厚度不同材料來(lái)說(shuō)原子序數(shù)越高，射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)后強(qiáng)度越小，總計(jì)數(shù)也就越小。此外，對(duì)于鉛磚來(lái)說(shuō)，幾乎探測(cè)不到計(jì)數(shù)，可見(jiàn)鉛磚對(duì)于實(shí)驗(yàn)室放射源的屏蔽十分有效，鉛塊足以起到防護(hù)作用。
參考文獻(xiàn)
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納米光電子主要是研究在所有納米結(jié)構(gòu)中各個(gè)電子以及光子存在的相互作用。將光電子以及納米電子的相關(guān)技術(shù)相互結(jié)合共同組成了納米光電子技術(shù)。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體硅并不具備發(fā)光的基本功能，但是引進(jìn)了納米技術(shù)以后，能夠發(fā)出一種非常耀眼的光，同時(shí)開(kāi)設(shè)了一門(mén)新興的納米光電子。
二、納米光電子技術(shù)的發(fā)展
新時(shí)代的納米電子技術(shù)能夠快速的制作各種單電子存儲(chǔ)，同時(shí)還可以制作一些非常精巧完美的微電子機(jī)械以及電機(jī)械系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代納米技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，集成電路也將成為一種比較先進(jìn)的半導(dǎo)體器件，并成為了未來(lái)發(fā)展的新方向。如今的信息社會(huì)對(duì)于所有使用的集成電路具有的集成度的各種要求也逐漸增高，這就導(dǎo)致人們不斷突破尺寸具有的極限途徑。在新的社會(huì)形勢(shì)下，納米電子以及納米電子光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為了半導(dǎo)體科學(xué)以及各種工程研究的重要領(lǐng)先技術(shù)。光電子技術(shù)屬于電子技術(shù)以及光電子技術(shù)的結(jié)合體。二十世紀(jì)以后，光電子技術(shù)逐漸發(fā)展，并取得了一定的進(jìn)步。將光電子技術(shù)以及納米技術(shù)巧妙的相互融合最終形成了納米光電子技術(shù)，成為了未來(lái)電子技術(shù)不斷發(fā)展的新領(lǐng)域。如今的二十一世紀(jì)，也為光電子技術(shù)以及納米光電子技術(shù)發(fā)展提供了新的機(jī)遇。
三、納米光電子各個(gè)器件的具體分類(lèi)
3.1納米光電技術(shù)探測(cè)器
如今的納米光電技術(shù)探測(cè)器主要是利用納米光電子的基本材料進(jìn)而不斷發(fā)展而來(lái)。這種微型的探測(cè)器主要由納米絲以及各種納米棒共同組成，例如，超高靈敏度紅外探測(cè)器等。
3.2納米發(fā)光器件
引進(jìn)納米光電子的相關(guān)技術(shù)并利用納米光的基本材料，利用納米光刻技術(shù)，最終研制出新興的納米發(fā)光器件。主要有利用納米粒子等材料制作完成的一種硅發(fā)光二極管，使用各種納米尺寸制成的可以實(shí)現(xiàn)調(diào)諧的納米發(fā)光二極管。
3.3納米光子器件
納米量子機(jī)構(gòu)以及量子電路等各種集成技術(shù)都蘊(yùn)含著非常深?yuàn)W的研究?jī)?nèi)容。例如，利用三維光電子自身的晶體天線，還可以利用光子晶體技術(shù)二極管，以及無(wú)損耗產(chǎn)生的光電波，光開(kāi)關(guān)等，這些都屬于先進(jìn)的納米光子器件，在量子保密通信中的各種重要的關(guān)鍵器件，都是利用納米光子器件完成的。
3.4納米顯示器
納米顯示器主要包括碳納米管顯示器，還有一種碳納米發(fā)生顯示器等。如今的納米電子學(xué)還有納米光子學(xué)以及先進(jìn)的磁學(xué)微電子，自身具有的極限線寬都是70nm，這種先進(jìn)的技術(shù)通過(guò)幾十年的研究就完成了。為了能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成新興的器件，使用單原子具體的操作方式成為重要的研究方向，并且，利用這種先進(jìn)的技術(shù)能夠制成計(jì)算機(jī)，并且能夠有效的提升計(jì)算機(jī)自身的計(jì)算能力，甚至可以提高上千倍，但是需要使用的功率只有現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的使用功率的百萬(wàn)分之一。如果使用先進(jìn)的納米磁學(xué)，計(jì)算機(jī)具體的信息存儲(chǔ)量甚至能夠達(dá)到上千倍。使用納米光電子能夠提升通信帶寬的上百倍。另外，除了以上介紹的各種器件，還可以從廣義上分析，納米器件還有分子電子器件，這種器件無(wú)論是在材料上還是在使用的原理上都與上述的半導(dǎo)體量子器件存在較大的差異。
四、結(jié)束語(yǔ)
1.太陽(yáng)能電池的性能特點(diǎn)及
應(yīng)用領(lǐng)域
太陽(yáng)能電池又稱為“太陽(yáng)能芯片”或光電池，是一種利用太陽(yáng)光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。在物理學(xué)上稱為太陽(yáng)能光伏（PV），簡(jiǎn)稱光伏。
太陽(yáng)能電池的作用，是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)，將太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)換為有用的直流電能，是太陽(yáng)能光伏應(yīng)用的關(guān)鍵器件。太陽(yáng)能電池具有輸出直流電壓、單個(gè)電壓低、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行無(wú)噪音、安全可靠、無(wú)污染、無(wú)輻射；能量隨處可得，無(wú)需消耗燃料；無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，維護(hù)簡(jiǎn)便，使用壽命長(zhǎng)；建設(shè)周期短，規(guī)模大小隨意；可以無(wú)人值守，也無(wú)需架設(shè)輸電線路，還可方便與建筑物相結(jié)合等優(yōu)勢(shì)。這些都是常規(guī)發(fā)電和其它發(fā)電方式所不及的。
最早問(wèn)世的太陽(yáng)能電池是單晶硅太陽(yáng)能電池。硅是地球上極豐富的一種元素，幾乎遍地都有硅的存在，可說(shuō)是取之不盡。用硅來(lái)制造太陽(yáng)能電池，原料可謂不缺。但是提煉它卻不容易，所以人們?cè)谏a(chǎn)單晶硅太陽(yáng)能電池的同時(shí)，又研究了多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池，至今以商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池，還沒(méi)有跳出硅的系列。其實(shí)可供制造太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體材料很多，目前已進(jìn)行研究和試制的太陽(yáng)能電池，除硅系列外，還有硫化鎘等許多類(lèi)型的太陽(yáng)能電池。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽(yáng)能電池則還處于萌芽階段。
標(biāo)志太陽(yáng)能電池性能指標(biāo)的參數(shù)較多，但是從實(shí)際使用的角度來(lái)說(shuō)主要有以下基本特征。
硅太陽(yáng)能電池的一般制成P+/N型結(jié)構(gòu)或N+/P型結(jié)構(gòu)，P+和N+，表示太陽(yáng)能電池正面光照層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型；N和P，表示太陽(yáng)能電池背面襯底半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型。太陽(yáng)能電池的電性能與制造電池所用半導(dǎo)體材料的特性有關(guān)。太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)由開(kāi)路電壓、短路電流、最大輸出功率、填充因子、轉(zhuǎn)換效率等組成。這些參數(shù)是衡量太陽(yáng)能電池性能好壞的標(biāo)志。隨著日照強(qiáng)度的加大輸出電壓呈上升狀態(tài)，輸出電流基本不變輸出功率也在快速地上升。當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，曲線呈下降趨勢(shì)，并出現(xiàn)一個(gè)最大的功率點(diǎn)。太陽(yáng)能電池在實(shí)際使用中為了發(fā)揮其最大的發(fā)電效益，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)控制手段使得其工作時(shí)的輸出在最大的功率點(diǎn)附近。P-N結(jié)太陽(yáng)能電池包含一個(gè)形成于表面的淺P-N結(jié)、一個(gè)條狀及指狀的正面歐姆接觸、一個(gè)涵蓋整個(gè)背部表面的背面歐姆接觸以及一層在正面的抗反射層。當(dāng)電池暴露于太陽(yáng)光譜下時(shí)，能量小于禁帶寬度Eg的光子對(duì)電池輸出并無(wú)貢獻(xiàn)。能量大于禁帶寬度Eg的光子才會(huì)對(duì)電池輸出貢獻(xiàn)能量Eg，大于Eg的能量則會(huì)以熱的形式消耗掉。因此，在太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，必須考慮這部分熱量對(duì)電池穩(wěn)定性、壽命等的影響。這種用光的顏色波長(zhǎng)與所產(chǎn)生電能的關(guān)系就用分光感度來(lái)表示，而不同的太陽(yáng)能電池具有不同分光感度的特性曲線。比如在日光下使用時(shí)，選用單晶硅太陽(yáng)能電池可以獲得較好的發(fā)電效果；在室內(nèi)熒光燈下使用時(shí)計(jì)算器、充電器等就要選用非晶硅太陽(yáng)能電池以獲得較好的使用效果。
2.太陽(yáng)能電池的主要種類(lèi)
多元化合物太陽(yáng)能電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)能電池。現(xiàn)在各國(guó)研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，目前進(jìn)入商品化的常用太陽(yáng)能電池產(chǎn)品種類(lèi)按照其所采用的制造材料、技術(shù)原理和使用方式等可以分為幾種不同的類(lèi)型，其中硅太陽(yáng)能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。
硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅太陽(yáng)能電池的替代產(chǎn)品。多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。因此多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力，但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問(wèn)題及提高轉(zhuǎn)換率問(wèn)題，那么，非晶硅太陽(yáng)能電池?zé)o疑是太陽(yáng)能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲，因而限制了GaAs電池的普及。
銅銦硒CuInSe2簡(jiǎn)稱CIC，是一種性能優(yōu)良太陽(yáng)光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能級(jí)差）多元的半導(dǎo)體材料，可以擴(kuò)大太陽(yáng)能電池吸收光譜范圍，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)化效率。CIS材料的能降為1.leV，適于太陽(yáng)光的光電轉(zhuǎn)換。另外，CIS薄膜太陽(yáng)能電池不存在光致衰退問(wèn)題。因此，CIS用作高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽(yáng)能電池材料也引起了人們的注目，以它為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出光電轉(zhuǎn)換效率比硅薄膜太陽(yáng)能電池明顯提高的薄膜太陽(yáng)能電池，可以達(dá)到的光電轉(zhuǎn)化率為18%。而且，此類(lèi)薄膜太陽(yáng)能電池到目前為止，未發(fā)現(xiàn)有光輻射引致性能衰退效應(yīng)（SWE），其光電轉(zhuǎn)化效率比目前商用的薄膜太陽(yáng)能電池板提高約50～75%，在薄膜太陽(yáng)能電池中屬于世界最高水平的光電轉(zhuǎn)化效率。由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類(lèi)電池的發(fā)展又必然受到成本上的限制。
有機(jī)太陽(yáng)能電池，顧名思義就是由有機(jī)材料構(gòu)成核心部分的太陽(yáng)能電池。如今量產(chǎn)的太陽(yáng)能電池里，95％以上是硅基的，而剩下的不到5％也是由其它無(wú)機(jī)材料制成的。有機(jī)太陽(yáng)能電池以具有光敏性質(zhì)的有機(jī)物作為半導(dǎo)體的材料，以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流。有機(jī)太陽(yáng)能電池按照半導(dǎo)體的材料可以分為單質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、P-N 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、染料敏化納米晶結(jié)構(gòu)。
納米晶體化學(xué)學(xué)能太陽(yáng)能電池是新近發(fā)展的，以染料敏化納米晶體太陽(yáng)能電池（DSSCs）為例，這種電池主要包括鍍有透明導(dǎo)電膜的玻璃基底、染料敏化的半導(dǎo)體材料、對(duì)電極以及電解質(zhì)等幾部分。染料分子吸收太陽(yáng)光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜，然后通過(guò)外回路產(chǎn)生光電流。優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本、簡(jiǎn)單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10％以上，制作成本僅為硅太陽(yáng)能電池的1/5～1/10。壽命能達(dá)到20年以上。此類(lèi)電池的研究和開(kāi)發(fā)剛剛起步，估計(jì)不久的將來(lái)會(huì)逐步走上市場(chǎng)。
目前太陽(yáng)能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種，它們各自的特點(diǎn)決定了它們?cè)诓煌瑧?yīng)用中擁有不可替代的地位。但是，未來(lái)10年晶體硅太陽(yáng)能電池所占份額盡管會(huì)因薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)展等原因而下降，但其主導(dǎo)地位仍不會(huì)根本改變；而薄膜電池如果能夠解決轉(zhuǎn)換效率不高、制備薄膜電池所用設(shè)備價(jià)格昂貴等問(wèn)題，會(huì)有巨大的發(fā)展空間。
3.太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)原理
太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過(guò)程是光—熱轉(zhuǎn)換過(guò)程，后一個(gè)過(guò)程是熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程。太陽(yáng)能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場(chǎng)合。光—電直接轉(zhuǎn)換方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管。當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的太陽(yáng)能電池方陣了。太陽(yáng)能電池可以大中小并舉，大到百萬(wàn)千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽(yáng)能電池組，這是其它電源無(wú)法比擬的。
太陽(yáng)能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式兩大類(lèi)，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形，而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形、ⅢV族、ⅡⅥ族和磷化鋅等。太陽(yáng)能電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч瑁嗑Ч瑁》蔷Ч瑁榛墸熴~等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體硅為例描述光發(fā)電過(guò)程。P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。當(dāng)光線照射太陽(yáng)能電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差；當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理，主要是通過(guò)使用半導(dǎo)體材料將較薄的N型半導(dǎo)體置于較厚的P型半導(dǎo)體上，當(dāng)光子撞擊該裝置的表面時(shí)，P型和N型半導(dǎo)體的接合面有電子擴(kuò)散產(chǎn)生電流，可利用上下兩端的金屬導(dǎo)體將電流引出利用。太陽(yáng)能電池是一種可以將能量轉(zhuǎn)換的光電元件，其基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成的。半導(dǎo)體最基本的材料是“硅”，它是不導(dǎo)電的。但如果在半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，就可以做成P型與N型半導(dǎo)體，再利用P型半導(dǎo)體有個(gè)電洞，與N型半導(dǎo)體多了一個(gè)自由電子的電位差來(lái)產(chǎn)生電流。所以當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)，光能將硅原子中的電子激發(fā)出來(lái)，而產(chǎn)生電子和電洞的對(duì)流，這些電子和電洞均會(huì)受到內(nèi)建電位的影響，分別被N型及P型半導(dǎo)體吸引，而聚集在兩端。此時(shí)外部如果用電極連接起來(lái)，便會(huì)形成一個(gè)回路。太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體P-N結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在P-N結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由N區(qū)流向P區(qū)，電子由P區(qū)流向N區(qū)，接通電路后就形成電流。
太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射到PN結(jié)上時(shí)產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒(méi)有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入N區(qū)，空穴流入P區(qū)，結(jié)果使N區(qū)儲(chǔ)存了過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴。它們?cè)赑N結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外，還使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是光生伏特效應(yīng)。
近年來(lái)超級(jí)電容發(fā)展快速，容量超大，面積反縮小，加上產(chǎn)品價(jià)格低廉，因此有部分太陽(yáng)能產(chǎn)品開(kāi)始應(yīng)用超級(jí)電容來(lái)充電，因而改善了太陽(yáng)能充電的許多問(wèn)題。例如充電較快速，壽命長(zhǎng)5倍以上，充電溫度范圍較廣，減少太陽(yáng)能電池用量（可低壓充電）。目前太陽(yáng)能電池的成本還較高，要達(dá)到足夠的功率，需要相當(dāng)大的面積放置電池。光熱轉(zhuǎn)換即靠各種集熱器把太陽(yáng)能收集起來(lái)，用收集到的熱能為人類(lèi)服務(wù)。
4.硅太陽(yáng)能電池的功用特點(diǎn)
硅半導(dǎo)體類(lèi)太陽(yáng)能電池是使用的最早、最為廣泛的一類(lèi)太陽(yáng)能電池。可分為下列主要的類(lèi)型。
單晶硅太陽(yáng)能電池是當(dāng)前開(kāi)發(fā)得最快的一種太陽(yáng)能電池，它的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。大部分單晶硅的4個(gè)角落都會(huì)有空隙，從外觀上很容易分辨。單晶硅太陽(yáng)能電池以高純度的單晶硅棒為原料，純度要求達(dá)到99.999%，制作時(shí)將單晶硅棒切成片，一般每片厚度約為0.3mm。硅片經(jīng)過(guò)拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太陽(yáng)能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行，這樣就在硅片上形成PN結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，將配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過(guò)燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂敷減少光反射材料，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。制成單晶硅太陽(yáng)能電池的單體片經(jīng)過(guò)抽查檢驗(yàn)，即可按所需要的規(guī)格采用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成有一定輸出電壓和電流能力的太陽(yáng)能電池組件，最后用框架和密封材料進(jìn)行封裝。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可將太陽(yáng)能電池組件分成各種大小不同的太陽(yáng)能電池方陣，亦稱太陽(yáng)能電池陣列。單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為17%左右，最高的達(dá)到24%，這是目前所有種類(lèi)的太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹(shù)脂進(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用，目前廠商一般都提供25年的質(zhì)量保證。
單晶硅太陽(yáng)能電池組件是當(dāng)前發(fā)展最快的一種太陽(yáng)能電池，它的構(gòu)成和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽(yáng)能電池以高純度的單晶硅棒為原料，單晶硅太陽(yáng)能電池由圓柱形的晶錠切割而成，并非是完整的正方形，造成了一些精煉硅料的浪費(fèi)，所以制程較貴。單晶硅太陽(yáng)能電池的特征如下：硅原料的儲(chǔ)藏豐富、密度低、材料輕其本身對(duì)環(huán)境的影響低；光電轉(zhuǎn)換效率最高，使用壽命長(zhǎng)；發(fā)電特性穩(wěn)定，約有20年的耐久性。由于在太陽(yáng)光譜主區(qū)域內(nèi)光吸收系數(shù)相當(dāng)小，為了吸收太陽(yáng)光譜電池需要100μm2厚度的硅，因此使用的硅材料多、價(jià)格高。在太陽(yáng)能光譜的主區(qū)域上，光吸收系數(shù)只有10000cm，相當(dāng)小。為了增強(qiáng)太陽(yáng)能光譜吸收性能，需要100um厚的硅片。目前單晶硅太陽(yáng)能電池的研發(fā)課題是降低成本和提升效率。單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為15%～17%，而太陽(yáng)能電池組件的轉(zhuǎn)換效率為12%～15%。太陽(yáng)能電池組件的轉(zhuǎn)換效率是以該組件中轉(zhuǎn)換效率最低的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為基準(zhǔn)，而不是取太陽(yáng)能電池的平均轉(zhuǎn)換效率。
多晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝復(fù)雜，電耗很大，在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)總成本中已超二分之一。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀，切片制作太陽(yáng)能電池也是圓片，組成太陽(yáng)能組件平面利用率低。目前太陽(yáng)能電池使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶金級(jí)硅材料熔化澆鑄而成。其工藝過(guò)程是選擇電阻率為100～300歐姆·厘米的多晶塊料或單晶硅頭尾料經(jīng)破碎，用1：5的氫氟酸和硝酸混臺(tái)液進(jìn)行適當(dāng)?shù)母g，然后用去離子水沖洗呈中性，并烘干。用石英坩堝裝好多晶硅料，加入適量硼硅，放入澆鑄爐，在真空狀態(tài)中加熱熔化。熔化后應(yīng)保溫約20min，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽(yáng)能電池片，可提高材制利用率和方便組裝。多晶硅太陽(yáng)能電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)能電池差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率約12％左右，稍低于單晶硅太陽(yáng)能電池。但是材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大規(guī)模生產(chǎn)。多晶硅太陽(yáng)能電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)能電池差不多，但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約15%左右。從制作成本上來(lái)講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大力發(fā)展。此外，多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。從性能價(jià)格比來(lái)講，單晶硅太陽(yáng)能電池還略好。多晶硅太陽(yáng)能電池的原材料豐富制造較為容易，成本低，使用量已經(jīng)超過(guò)了單晶硅太陽(yáng)能電池；光電轉(zhuǎn)換效率較高，使用壽命長(zhǎng)；存在著電池結(jié)晶結(jié)構(gòu)較差的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在提高其性能的穩(wěn)定性上作進(jìn)一步的研究。單晶硅太陽(yáng)能電池雖有其優(yōu)點(diǎn)，但因價(jià)格高，在低價(jià)市場(chǎng)上的發(fā)展受到阻礙。而多晶硅太陽(yáng)能電池則首先是降低成本，其次才是提高效率。多晶硅太陽(yáng)能電池與單晶硅電池雖然結(jié)晶構(gòu)造不一樣，但光伏原理一樣。
非晶硅太陽(yáng)能電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽(yáng)能電池，它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，電耗更低，非常吸引人。它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。非晶硅太陽(yáng)能電池的原子排列呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的狀態(tài)，并且存在著早期的劣化特性，制造工藝簡(jiǎn)單、易于大批量的生產(chǎn)；使用壽命長(zhǎng)，使用的硅量較小，一般厚度為數(shù)微米，可以制成薄形的結(jié)構(gòu)便于在特殊的場(chǎng)合使用。但非晶硅太陽(yáng)能電池存在的主要問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國(guó)際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率會(huì)衰減。這就需要進(jìn)一步提高光電的轉(zhuǎn)換效率解決電池存在的早期劣化等問(wèn)題。
非晶硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)有很多不同方式，其中有一種較好的結(jié)構(gòu)叫PiN電池，它是在襯底上先沉積一層摻磷的N型非晶硅，再沉積一層未摻雜的i層，然后再沉積一層摻硼的P型非晶硅，最后用電子束蒸發(fā)一層減反射膜，并蒸鍍銀電極。此種制作工藝，可以采用一連串沉積室，在生產(chǎn)中構(gòu)成連續(xù)程序，以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。同時(shí)，非晶硅太陽(yáng)能電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，在一個(gè)平面上，用適當(dāng)?shù)难谀９に嚕淮沃谱鞫鄠€(gè)串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓。普通晶體硅太陽(yáng)能電池單個(gè)只有0.5V左右的電壓，現(xiàn)在日本生產(chǎn)的非晶硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池可達(dá)2.4V。目前非晶硅太陽(yáng)能電池存在的問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，國(guó)際先進(jìn)水平為10％左右，且不夠穩(wěn)定，常有轉(zhuǎn)換效率下降的現(xiàn)象，所以尚未大量用于大型太陽(yáng)能電源，而多半用于弱光電源，如袖珍式電子計(jì)算器、電子鐘表及復(fù)印機(jī)等方面。估計(jì)效率衰降問(wèn)題克服后，非晶硅太陽(yáng)能電池將促進(jìn)太陽(yáng)能利用的大發(fā)展，因?yàn)樗杀镜停亓枯p，應(yīng)用更為方便，它可以與房屋的屋面結(jié)合構(gòu)成住戶的獨(dú)立電源。
5.多元化合物太陽(yáng)能電池的
功用特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)
除了常用的單晶、多晶、非晶硅電池之外，多元化合物太陽(yáng)能電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)能電池。現(xiàn)在各國(guó)研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：
硫化鎘太陽(yáng)能電池是以硫化鎘為基體材料的太陽(yáng)能電池，早在1954年雷諾茲就發(fā)現(xiàn)了硫化鎘具有光生伏打效應(yīng)。1960年采用真空蒸鍍法制得硫化鎘太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率為3.5%。到1964年美國(guó)制成的硫化鎘太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率提高到4％～6％。后來(lái)歐洲掀起了硫化鎘太陽(yáng)能電池的研制，把光電效率提高到9％，但是仍無(wú)法與多晶硅太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)。不過(guò)人們始終沒(méi)有放棄它，除了研究燒結(jié)型的塊狀硫化鎘太陽(yáng)能電池外，更著重研究薄膜型硫化鎘太陽(yáng)能電池。
砷化鎵太陽(yáng)能電池中砷化鎵的禁帶較硅寬，使得它的光譜響應(yīng)性和空間太陽(yáng)光譜匹配能力較硅好。砷化鎵是一種很理想的太陽(yáng)能電池材料，它與太陽(yáng)光譜的匹配較適合，且能耐高溫，在250℃的條件下，光電轉(zhuǎn)換性能仍很良好，其最高光電轉(zhuǎn)換效率約30％，特別適合做高溫聚光太陽(yáng)能電池。由于鎵比較稀缺，砷有毒，制造成本高，此種太陽(yáng)能電池的發(fā)展受到影響。常規(guī)上，砷化鎵電池的耐溫性要好于硅光電池。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，砷化鎵電池在250℃的條件下仍可以正常工作，但是硅光電池在200℃就已經(jīng)無(wú)法正常運(yùn)行。砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點(diǎn)使得其加工時(shí)比硅容易碎裂，目前常把其制成薄膜并使用襯底，來(lái)對(duì)抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)雜度。砷化鎵III-V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率受到人們的普遍重視。GaAs屬于III-V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙為1.4eV，正好為高吸收率太陽(yáng)光的值，與太陽(yáng)光譜的匹配較適合，且能耐高溫，特別適合做高溫聚光太陽(yáng)能電池。
常用薄膜電池轉(zhuǎn)化率較低，因此新型的高倍聚光電池系統(tǒng)受到研究者的重視。聚光太陽(yáng)能電池是用凸透鏡或拋物面鏡把太陽(yáng)光聚焦到幾倍、幾十倍，或幾百倍甚至上千倍，然后投射到太陽(yáng)能電池上。這時(shí)太陽(yáng)能電池可能產(chǎn)生出相應(yīng)倍數(shù)的電功率。它們具有轉(zhuǎn)化率高，電池占地面積小和耗材少的優(yōu)點(diǎn)。高倍聚光電池具有代表性的是砷化鎵（GaAs）太陽(yáng)能電池。GaAs屬于III-V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙與太陽(yáng)光譜的匹配較適合，且能耐高溫。與硅太陽(yáng)能電池相比，GaAs太陽(yáng)能電池具有較好的性能。
銅銦硒太陽(yáng)能電池是以銅、銦、硒三元化合物半導(dǎo)體為基本材料制成的太陽(yáng)能電池。它是一種多晶薄膜結(jié)構(gòu)，一般采用真空鍍膜、電沉積、電泳法或化學(xué)氣相沉積法等工藝來(lái)制備，材料消耗少，成本低，性能穩(wěn)定，光電轉(zhuǎn)換效率在10％以上。因此這是一種可與非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池相競(jìng)爭(zhēng)的新型太陽(yáng)能電池。銅銦硒CIC材料適于太陽(yáng)光的光電轉(zhuǎn)換，另外，CIS薄膜太陽(yáng)能電池不存在光致衰退問(wèn)題。因此，CIS用作高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽(yáng)能電池材料也引起了人們的關(guān)注。CIS電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發(fā)源蒸鍍銅、銦和硒，硒化法是使用H2Se疊層膜硒化，但該法難以得到組成均勻的CIS。CIS薄膜電池從80年代最初8％的轉(zhuǎn)換效率發(fā)展到目前的15％左右。日本松下電氣工業(yè)公司開(kāi)發(fā)的摻鎵CIS電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為15.3％。1995年美國(guó)可再生能源研究室研制出轉(zhuǎn)換效率為17.l％的CIS太陽(yáng)能電池，這是迄今為止世界上該電池的最高轉(zhuǎn)換效率。唯一的問(wèn)題是材料的來(lái)源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類(lèi)電池的發(fā)展又必然受到限制。近來(lái)還發(fā)展用銅銦硒薄膜加在非晶硅薄膜之上，組成疊層太陽(yáng)能電池，借此提高太陽(yáng)能電池的效率，并克服非晶硅光電效率的衰降。
目前市場(chǎng)上量產(chǎn)的單晶與多晶硅的太陽(yáng)能電池平均效率約在15%上下，為了提煉晶硅原料，需要花費(fèi)極高的能源，所以嚴(yán)格地說(shuō)，現(xiàn)今的晶硅太陽(yáng)能電池，也是某種形式的浪費(fèi)能源。而砷化鎵太陽(yáng)能電池，由于原料取得不需使用太多能源，而且光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)38%以上，比傳統(tǒng)晶硅原料高出許多，符合修改后的京都議定書(shū)規(guī)范，估計(jì)未來(lái)將成市場(chǎng)主流。
采用砷化鎵薄膜電池聚光跟蹤發(fā)電系統(tǒng)即所謂HCPV系統(tǒng)，卻能實(shí)現(xiàn)光熱與光伏的綜合利用，并充分降低生產(chǎn)成本、提高轉(zhuǎn)換效率，為光伏產(chǎn)業(yè)更大發(fā)展開(kāi)辟新的市場(chǎng)空間。此外，還可以通過(guò)疊層技術(shù)做成多結(jié)砷化鎵基電池，以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率。但是，由于砷化鎵基材料價(jià)格昂貴，砷化鎵薄膜電池目前只在航天等特殊領(lǐng)域應(yīng)用，離地面應(yīng)用的商業(yè)化運(yùn)行還有很大距離。為了降低光伏電池的發(fā)電成本，可采取的有效途徑之一就是研發(fā)和應(yīng)用砷化鎵薄膜電池聚光發(fā)電系統(tǒng)。在獲得同樣輸出功率情況下，可以大大減少所需的砷化鎵薄膜電池面積。這種途徑相當(dāng)于用比較便宜的普通金屬、玻璃材料做成聚光器和支撐系統(tǒng)，來(lái)代替部分昂貴的砷化鎵薄膜電池。在光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中，單晶硅和多晶硅等硅基光伏電池幾乎占到全部產(chǎn)量的94%以上。由于近年太陽(yáng)能級(jí)硅材料供不應(yīng)求，且持續(xù)大幅度漲價(jià)，在一定程度上制約了硅基光伏電池的發(fā)展。因此，如何提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率和降低光伏電池的生產(chǎn)成本，成為目前光伏產(chǎn)業(yè)必須研究和解決的核心問(wèn)題。
1產(chǎn)品簡(jiǎn)介
帶腔體的光電封裝件及其生產(chǎn)方法是華天科技股份有限公司已申請(qǐng)受理的專(zhuān)利產(chǎn)品。
帶腔體的光電封裝件，外引腳不，共面性好，封裝成品和整機(jī)安裝合格率高；改變了架的外引腳，提高了料利用率，縮短了產(chǎn)周期，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，體積小，敏度高，干擾能力強(qiáng)，產(chǎn)效率高，應(yīng)用于各種電子設(shè)備、儀器的帶腔體的光電集成電路封裝。
帶腔體的光電封裝件，包括引線框架載體、引線框架內(nèi)引腳、引線框架外引腳、塑封體、粘片膠、光電IC芯片。
該技術(shù)的生產(chǎn)流程如圖1所示。
帶腔體的光電封裝件剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
2創(chuàng)新性和先進(jìn)性
本項(xiàng)目是原始創(chuàng)新,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
1）塑封外腔體制作
將引線框架傳送到塑封模具中，通過(guò)塑封在引線框架的外引腳上方形成一個(gè)帶有內(nèi)臺(tái)階的塑封外腔體，塑封外腔體覆蓋了引線框架的外引腳；
2）帶腔體的光電封裝件
一種帶腔體的光電封裝件，包括引線框架載體、引線框架內(nèi)引腳、引線框架外引腳、塑封體、粘片膠、光電IC芯片，引線框架載體上通過(guò)粘接材料粘接光電IC芯片，光電IC芯片焊盤(pán)（PAD）通過(guò)鍵合線與引線框架內(nèi)引腳相連，構(gòu)成電路的信號(hào)和電流通道，引線框架外引腳上塑封帶有內(nèi)臺(tái)階的環(huán)形外腔體，外腔體覆蓋引線框架外引腳、以及內(nèi)引腳和引線框架載體之間的空隙，形成電路的整體，外腔體的內(nèi)臺(tái)階上端面涂覆有密封膠, 密封膠上粘接玻璃蓋板；引線框架載體和引線框架內(nèi)引腳之間由塑封體連接，為了防止電磁感應(yīng)，也可以使用金屬或陶瓷蓋板。
另一種帶腔體的光電封裝件生產(chǎn)方法：
腔體制作，上芯、壓焊、同第一種方法，壓焊后，通過(guò)上芯機(jī)在腔體內(nèi)的芯片和鍵合線表面全部點(diǎn)上
透明膠，透明膠的高度同外腔體，基本上與外腔體持平。點(diǎn)膠后全部進(jìn)行烘烤，烘烤溫度為150℃～175℃，烘烤時(shí)間為2～3小時(shí)，具體時(shí)間根據(jù)腔體高度和透明膠型號(hào)確定。
3）創(chuàng)新性
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，無(wú)的外引腳，無(wú)共面性缺陷，芯片封裝成品率和成品器件裝機(jī)合格率高；采用的生產(chǎn)方法不需要切中筋和成形工序，提高了材料利用率和生產(chǎn)效率，成品率高于普通塑封光電器件；具有成本低、體積小、靈敏度高、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等顯著特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品，如數(shù)據(jù)通訊、數(shù)碼相機(jī)、自動(dòng)化等領(lǐng)域。
主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為：
1）塑封外腔體制作；
2）塑封外腔體上芯技術(shù)；
3）塑封外腔體金絲鍵合技術(shù)；
4）塑封外腔體粘接玻璃蓋板（或其它材料）技術(shù)；
5）切割入盤(pán)技術(shù)。
本產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)總結(jié)出了一套適合于帶腔體的光電封裝的工藝文件；開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的帶腔體的光電封裝和集成壓力傳感器產(chǎn)品。本產(chǎn)品是我公司的專(zhuān)利產(chǎn)品，目前國(guó)內(nèi)只有我公司生產(chǎn)該產(chǎn)品。
國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局已受理本產(chǎn)品技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)。
【關(guān)鍵詞】物料跟蹤；自動(dòng)采集；無(wú)線傳輸
引言
企業(yè)生產(chǎn)需要做好信息流的管理。原材料信息的是生產(chǎn)信息流中的重要組成部分。做好了原材料物料信息的跟蹤處理，對(duì)穩(wěn)定現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，控制制造成本，確保產(chǎn)品質(zhì)量均具有重要意義。
無(wú)線傳輸技術(shù)日趨成熟，在各行業(yè)均有應(yīng)用。使用無(wú)線傳輸技術(shù)可解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)因空間限制不能鋪設(shè)電纜，導(dǎo)致有線信號(hào)不能傳輸?shù)膯?wèn)題。
1.轉(zhuǎn)爐廢鋼槽裝槽工藝
某煉鋼廠150噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，每爐需高爐鐵水約135噸，各類(lèi)廢鋼及其他原材料約25噸。轉(zhuǎn)爐廢鋼裝槽使用廢鋼車(chē)車(chē)載式稱量系統(tǒng)稱量。空槽在轉(zhuǎn)爐渣跨、廢鋼跨使用磁盤(pán)吊或抓斗分批次將相關(guān)物料加入廢鋼槽中。當(dāng)稱量到達(dá)預(yù)計(jì)重量后，廢鋼車(chē)將廢鋼槽從渣跨、廢鋼跨向東行駛，開(kāi)往加料跨。廢鋼車(chē)在加料跨停車(chē)后，由加料跨的50+50吊車(chē)將廢鋼槽吊起，將槽內(nèi)物料加入轉(zhuǎn)爐冶煉。
該煉鋼廠廢鋼及相關(guān)原材料主要依靠汽車(chē)運(yùn)輸、火車(chē)車(chē)皮倒運(yùn)等方式進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，分區(qū)域堆放在該廠的轉(zhuǎn)爐渣跨和廢鋼跨。相關(guān)物料種類(lèi)繁多，有生鐵塊、統(tǒng)廢、重廢、渣鋼、豆鋼和板廢等十余種。相關(guān)存放如下圖圖1物料存放區(qū)域示意圖所示：
圖1 物料存放區(qū)域示意圖
其他煉鋼廠廢鋼裝槽工藝與該廠有所不同。有的煉鋼廠有專(zhuān)門(mén)的廢鋼分類(lèi)處理工序，可將零散廢鋼壓緊打包；有的煉鋼廠廢鋼槽裝槽使用天車(chē)磁盤(pán)稱量，可對(duì)每一吊的吊物料進(jìn)行稱量。以上兩種裝入方式在廢鋼種類(lèi)控制、重量統(tǒng)計(jì)方面都較為規(guī)范。該廠廢鋼槽裝槽方式相比其他鋼廠，無(wú)論在廢鋼等不同物料的區(qū)分統(tǒng)計(jì)上，還是在廢鋼等物料的重量記錄上都有諸多不便。而廢鋼及相關(guān)物料相關(guān)信息的統(tǒng)計(jì)管理直接影響該煉鋼廠鋼鐵料成本的控制，需進(jìn)一步完善。
2.物料跟蹤系統(tǒng)
2.1物料信息采集
為規(guī)范每爐廢鋼實(shí)際裝槽情況，該廠設(shè)計(jì)并安裝了一套廢鋼物料跟蹤系統(tǒng)，用于自動(dòng)統(tǒng)計(jì)廢鋼裝槽實(shí)際情況。
在爐渣跨與廢鋼跨共用的吊車(chē)走臺(tái)安裝1套S7-300 PLC控制柜作為下位機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與廢鋼操作室內(nèi)作為上位機(jī)的工控機(jī)進(jìn)行通訊。以廢鋼1、2號(hào)車(chē)為中心線，分別在其每跨的吊車(chē)走臺(tái)上分別向南、北兩側(cè)安裝光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)。一個(gè)光電開(kāi)關(guān)代表一個(gè)物料區(qū)域。相關(guān)代表物料區(qū)域的光電開(kāi)關(guān)信號(hào)被接入S7-300PLC。
因吊車(chē)吊運(yùn)物料是由廢鋼車(chē)位置為起點(diǎn)，分別往南、北方向去各物料堆放地進(jìn)行物料吊運(yùn)。故廢鋼車(chē)軌道往南安裝的光電開(kāi)關(guān)應(yīng)靠物料區(qū)域北側(cè)安裝；廢鋼車(chē)軌道往北安裝的光電開(kāi)關(guān)應(yīng)靠物料區(qū)域南側(cè)安裝。
參見(jiàn)下圖圖2光電開(kāi)關(guān)安裝示意圖所示（表示光電開(kāi)關(guān)）：
圖2 光電開(kāi)關(guān)安裝示意圖
以上圖圖2為例，吊車(chē)從廢鋼車(chē)軌道向南行走，經(jīng)過(guò)①物料區(qū)時(shí)，其①物料區(qū)北側(cè)的光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)到信號(hào)傳給PLC，該信號(hào)激活并在程序中置位，自動(dòng)認(rèn)定為①物料；當(dāng)?shù)踯?chē)?yán)^續(xù)行走到②物料區(qū)時(shí)，其②物料區(qū)北側(cè)的光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)到信號(hào)傳給PLC，該信號(hào)激活并在程序中置位，自動(dòng)認(rèn)定為②物料，同時(shí)將①物料置位信號(hào)清零。即依次類(lèi)推。
以廢鋼車(chē)軌道上方為起點(diǎn)，向南行駛，其越靠南邊的光電開(kāi)關(guān)優(yōu)先級(jí)越高。當(dāng)越靠南邊的光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)信號(hào)后，其臨近的靠北側(cè)光電開(kāi)關(guān)信號(hào)被清零。同理，以廢鋼車(chē)軌道上方為起點(diǎn)，向北行駛，其越靠北邊的物料優(yōu)先級(jí)越高，當(dāng)越靠北邊的光電開(kāi)關(guān)來(lái)了后，其臨近的靠南側(cè)光電開(kāi)關(guān)信號(hào)被清零。
該功能只有以廢鋼車(chē)軌道上方為起點(diǎn)，分別向南、向北開(kāi)時(shí)才起作用。當(dāng)最終的光電開(kāi)關(guān)信號(hào)到來(lái)后30秒，未被更高級(jí)別光電開(kāi)關(guān)清零，則該物料信息被記錄。
為方便物料調(diào)整，物料信息統(tǒng)一按代碼設(shè)定。如101代表生鐵，102代表統(tǒng)廢，依次類(lèi)推。各光電開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的物料代碼可通過(guò)工程師站/或HMI管理員權(quán)限在PLC程序中設(shè)定。
2.2重量信息采集
當(dāng)廢鋼車(chē)在渣跨或廢鋼跨開(kāi)始裝槽時(shí)，其初始（或上一次）重量能被PLC記錄，并存儲(chǔ)到PLC的DB塊中。
在1號(hào)廢鋼車(chē)、2號(hào)廢鋼車(chē)對(duì)應(yīng)中心線的吊車(chē)走臺(tái)各裝一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，代表裝槽位。相關(guān)代表槽位的光電開(kāi)關(guān)信號(hào)被接入PLC300下位機(jī)。當(dāng)物料被磁盤(pán)吸吊后，磁盤(pán)吊將其吊運(yùn)至對(duì)應(yīng)廢鋼車(chē)的廢鋼槽上方。此時(shí)裝槽位信號(hào)感應(yīng)到信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)持續(xù)保持5秒，則裝槽位信號(hào)被激活。
當(dāng)裝槽位信號(hào)被激活，且對(duì)應(yīng)廢鋼車(chē)稱量信號(hào)發(fā)生變化時(shí)（≥200KG），延遲3秒后，PLC記錄新物料加入后的總重量。將新采集的重量數(shù)據(jù)減去之前存儲(chǔ)的初始（或上次）重量數(shù)據(jù)得出新加入的物料單重。單次裝槽的單重信息被保存下來(lái)
當(dāng)有一槽已裝好的廢鋼槽被吊走，廢鋼車(chē)車(chē)載稱重?cái)?shù)據(jù)將減少15噸以上。當(dāng)廢鋼稱重突然遞減15噸，則認(rèn)為廢鋼槽已調(diào)走，相關(guān)物料信息、各單重信息、總重?cái)?shù)據(jù)等信息被上傳至二級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)將總重量清零。
2.3無(wú)線傳輸技術(shù)運(yùn)用
此物料跟蹤系統(tǒng)有個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)需解決：如從廢鋼車(chē)上方開(kāi)始出發(fā)，先往北開(kāi)，激活了一個(gè)物料信號(hào)，但尚未吊物料。此后再往回向南開(kāi)回來(lái)一個(gè)物料區(qū)進(jìn)行吊物料作業(yè)，則物料跟蹤系統(tǒng)不能正確判別，系統(tǒng)依舊會(huì)認(rèn)定為吊車(chē)此次吊運(yùn)的是剛才經(jīng)過(guò)的最北頭的物料代碼。同一跨的吊車(chē)因物料裝入的比例不同，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)讓車(chē)作業(yè)，故導(dǎo)致物料信息判別錯(cuò)誤。
為此，如何區(qū)分吊車(chē)是進(jìn)行讓車(chē)作業(yè)，還是物料倒運(yùn)作業(yè)至關(guān)重要，將直接影響物料系統(tǒng)跟蹤的準(zhǔn)確性。而吊車(chē)本身是一套獨(dú)立、完整的機(jī)電一體品。吊車(chē)與地面的聯(lián)系只有供電吊車(chē)電源的低壓滑觸線。為解決信號(hào)傳輸問(wèn)題，該廠增設(shè)一套無(wú)線傳輸設(shè)備來(lái)解決同一跨兩臺(tái)吊車(chē)位置和作業(yè)的判斷問(wèn)題。
選用某品牌無(wú)線開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸模塊。在PLC柜內(nèi)安裝一個(gè)8點(diǎn)數(shù)字量DO輸出點(diǎn)的無(wú)線接收站，在爐渣跨與廢鋼跨4臺(tái)（每跨2臺(tái)）吊車(chē)上各安裝一個(gè)4點(diǎn)數(shù)字量DI輸入點(diǎn)無(wú)線發(fā)射站。無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)設(shè)備配置如下圖圖3所示
圖3 無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)配置圖
通過(guò)各子站的無(wú)線信號(hào)傳輸DI模塊分別采集磁盤(pán)吊主接觸器吸合信號(hào)和磁盤(pán)主卷?yè)P(yáng)上升信號(hào)。各子站信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳輸方式，發(fā)送給無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)紻O模塊主站。無(wú)線信號(hào)傳輸DO模塊接收到信號(hào)后，再將接收到的各吊車(chē)信號(hào)通過(guò)硬接線方式發(fā)送給S7-300PLC。當(dāng)以上兩個(gè)信號(hào)激活時(shí)，可以認(rèn)定吊車(chē)在此物料區(qū)間進(jìn)行物料吊運(yùn)作業(yè)；反之，可判斷為天車(chē)在進(jìn)行讓車(chē)作業(yè)或其他作業(yè)，不需對(duì)其物料信息進(jìn)行記錄。另外，還可采集天車(chē)大車(chē)走行正反轉(zhuǎn)信號(hào)作為向南、向北方向行走的判別信號(hào)，可協(xié)助物料吊運(yùn)區(qū)域的正確判別。
將以上信號(hào)的組合使用，分別作為吊車(chē)吊運(yùn)物料的連鎖信號(hào)，可準(zhǔn)確區(qū)分同一跨的兩臺(tái)吊車(chē)是在進(jìn)行讓車(chē)作業(yè)，還是在進(jìn)行吊運(yùn)物料作業(yè)，有效解決了因吊車(chē)讓車(chē)導(dǎo)致的物料信息紊亂的問(wèn)題。
3.實(shí)施效果
項(xiàng)目通過(guò)無(wú)線傳輸信號(hào)的使用，成功解決了吊車(chē)作業(yè)情況的判別問(wèn)題，經(jīng)實(shí)際使用測(cè)試，使用情況良好。經(jīng)過(guò)一系列改進(jìn)完善措施的實(shí)施，該廠建立了廢鋼槽裝槽物料跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，一方面可對(duì)轉(zhuǎn)爐渣跨、廢鋼跨天車(chē)每一吊吊物的物料種類(lèi)、物料重量進(jìn)行自動(dòng)記錄，準(zhǔn)確掌握每槽廢鋼槽的裝槽信息，為轉(zhuǎn)爐冶煉提供依據(jù)；另一方面，可將轉(zhuǎn)爐渣跨、廢鋼跨的各類(lèi)物料的消耗情況按每日、每周、每月為周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于及時(shí)掌握各類(lèi)物料的消耗情況，完善了該煉鋼廠鋼鐵料消耗信息流的管理。
關(guān)鍵詞:光電子 產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài) 現(xiàn)狀
中圖分類(lèi)號(hào):TN16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(c)-0007-02
光電子技術(shù)不僅全面繼承兼容電子技術(shù),而且具有微電子無(wú)法比擬的優(yōu)越性能和更廣闊的應(yīng)用范圍。科學(xué)家預(yù)言,2010年至2015年,光電子產(chǎn)業(yè)可能會(huì)取代傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè),成為21世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè),成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志[1]。為此,各國(guó)都采取措施,加快發(fā)展光電子產(chǎn)業(yè)。美、日、德、韓、法等國(guó)競(jìng)相將光電子技術(shù)引入國(guó)家發(fā)展計(jì)劃,形成了全方位的競(jìng)爭(zhēng)格局。我國(guó)也出臺(tái)了相應(yīng)的政策,支持光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
光電子產(chǎn)業(yè)按功能可分為光通信、激光及紅外光電、光電顯示、半導(dǎo)體照明及光伏、光學(xué)及光學(xué)元器件等領(lǐng)域。本文分別對(duì)光電子五大領(lǐng)域的技術(shù)和市場(chǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,比較了國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況。
1 光通信
光通信主要包括光纖傳輸系統(tǒng)與設(shè)備、光通信元器件、光通信測(cè)試儀器。自其誕生以來(lái),就一直受到國(guó)際產(chǎn)業(yè)界和政府部門(mén)的廣泛關(guān)注。2009年10月6日,素有“光纖之父”之稱的華裔科學(xué)家高錕以其在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得的突破性成就榮獲2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
光通信的研發(fā)主要集中在亞太地區(qū)(中國(guó)、日本、韓國(guó))、美國(guó)和歐盟[2]。隨著美國(guó)、歐盟等國(guó)家和地區(qū)高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計(jì)劃的實(shí)施,全球光通訊行業(yè)發(fā)展更加迅猛。據(jù)報(bào)告預(yù)計(jì),到2015年,光網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)規(guī)模將到達(dá)200億美元,同期復(fù)合年增長(zhǎng)率為5%。
中國(guó)已形成較完整的光纖通信產(chǎn)業(yè)體系,涵蓋光纖、光傳輸設(shè)備、光源與探測(cè)器件、光電器件等領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所需的光通信產(chǎn)品80%以上實(shí)現(xiàn)了本地化生產(chǎn)。來(lái)自我國(guó)通信電纜光纜專(zhuān)業(yè)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2011年,我國(guó)光纖需求量為1.2億芯公里,預(yù)計(jì)2012年將達(dá)到1.4億芯公里。光纜產(chǎn)量達(dá)到8000萬(wàn)芯公里(保守估計(jì)),光纖產(chǎn)量達(dá)到近1億芯公里,我國(guó)的光纖光纜及材料產(chǎn)業(yè)將保持高速發(fā)展的勢(shì)頭。
近來(lái),國(guó)家發(fā)改委聯(lián)手工信部啟動(dòng)了“寬帶中國(guó)戰(zhàn)略”研究工作,提出到2012年,新增光纖到戶(FTTH)覆蓋家庭超過(guò)3500萬(wàn)戶,使用4M及以上寬帶接入產(chǎn)品的用戶超過(guò)50%,新增固定寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)家庭超過(guò)2000萬(wàn)戶。光通信市場(chǎng)因此呈現(xiàn)出井噴態(tài)勢(shì)。中國(guó)聯(lián)通計(jì)劃年內(nèi)投資1000億元人民幣用于3G網(wǎng)絡(luò)、光纖寬帶等建設(shè),預(yù)計(jì)其中約20%將用于寬帶投資。有報(bào)告預(yù)計(jì),今年三大運(yùn)營(yíng)商FTTH端口數(shù)將達(dá)到8000萬(wàn)個(gè),國(guó)內(nèi)ODN設(shè)備市場(chǎng)在未來(lái)3～5年內(nèi)將達(dá)到100億元市場(chǎng)規(guī)模。
2 激光及紅外光電
激光及紅外光電主要包括激光加工設(shè)備、激光器及激光應(yīng)用、紅外光電傳感測(cè)試和成像設(shè)備及儀器、醫(yī)用激光技術(shù)設(shè)備等。
美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在激光研究及應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展迅猛。在技術(shù)方面,日本的光電子技術(shù)占首位;德國(guó)的激光材料加工設(shè)備占首位;美國(guó)的激光醫(yī)療及激光檢測(cè)技術(shù)占首位。目前,國(guó)外激光行業(yè)正向多元化、專(zhuān)業(yè)化、有限多元化、系統(tǒng)集成的方向發(fā)展。
由于受到全球金融危機(jī)的影響,2009年,全球激光應(yīng)用系統(tǒng)銷(xiāo)售收入約為97.5億美元,同比下降了24.8%。其中,激光器銷(xiāo)售收入55.5億美元。而中國(guó)激光市場(chǎng)仍然保持15.1%的增長(zhǎng),突破了100億元規(guī)模,成為全球激光市場(chǎng)中的一股新興力量。我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)主要集中在武漢、深圳、上海、北京等地。
紅外及微光成像系統(tǒng)幾乎從一誕生就以其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)逐步占領(lǐng)了世界軍用和商用市場(chǎng),其在生產(chǎn)加工、天文、醫(yī)學(xué)、法律及消防等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。軍事和科學(xué)應(yīng)用是紅外傳感器的第一市場(chǎng),其高速發(fā)展對(duì)紅外產(chǎn)品的圖像清晰度、拍攝距離、聚焦效果不斷提出新的要求。而商業(yè)市場(chǎng)則要求紅外探測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)視能力強(qiáng)、跟蹤與報(bào)道快速有效和存儲(chǔ)等功能,為紅外技術(shù)和熱成像開(kāi)辟了強(qiáng)有力的第二市場(chǎng)。在商業(yè)領(lǐng)域,紅外成像技術(shù)可應(yīng)用于建筑物熱損失檢測(cè)、電氣元件故障預(yù)測(cè)、電子系統(tǒng)測(cè)試、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控及生產(chǎn)中的臨界溫度控制等。目前,全球的紅外市場(chǎng)已經(jīng)達(dá)到了50億美元,在中國(guó)市場(chǎng),每個(gè)月銷(xiāo)售的“近紅外”或“主動(dòng)紅外”攝像機(jī)數(shù)量超過(guò)了一萬(wàn)套,成為世界上最大的安防市場(chǎng)。
3 光電顯示
光電顯示主要包括平板及液晶顯示(FDP、TFT、PDP、LCD、OLED)、大屏幕投影顯示設(shè)備(投影管、HTPS-TFT-LCD、DLP-DMD、LCOS)、顯示技術(shù)及檢測(cè)設(shè)備等。它集成了微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、材料技術(shù)、制造裝備技術(shù)、半導(dǎo)體工程技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù),廣泛用于信息、醫(yī)療、航空航天等各種電子終端產(chǎn)品。
