太阳能LED微型手电筒的设计和应用前景

吴娟　韩芳芳　吕丹

摘 要：为避免出门在外没有插座充电的不便和降低使用充电式手电筒带来的用电隐患，设计以太阳能电池作为光源代替充电插头的便携式太阳能LED微型手电筒，使其自动蓄电，并结合新型绿色环保光源LED作为照明灯，可发出很少热量的超高强度的光，以达到安全、高效的效果。

关键词：太阳能；LED；微型手电筒；太阳能电池

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.111

1 LED光源简介

LED光源就是以发光二极管为发光体的光源。这种LED灯泡无论在结构上还是在发光原理上，都与传统的白炽灯有着本质的区别。与白炽灯相比，LED灯泡有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强、有利于环保的特点。专家预测，在未来5年，LED灯泡将可能成为下一代照明的主流产品。

2 太阳能LED微型手电筒的设计

2.1 基本思路

设计一种以太阳能电池作为手电筒光源、LED灯作为手电筒照明灯的便携式微型手电筒，太阳能电池可将光能转换成电能，并将之存储待用。而LED是由超导发光晶体发出的很少热量的超高强度的光，较之白炽灯不会浪费太多热量，不会像荧光灯因消耗高能量而产生有毒气体，也不会像霓虹灯要求高电压而容易损坏，是新一代的高科技环保光源。

2.2 设计原理

2.2.1 多晶硅薄膜太阳能电池

如图1所示，太阳能电池是由P型半导体和N型半导体结合而成。当掺杂的硅晶片受光后，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型半导体中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流，然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。

目前，单晶硅太阳能电池技术发展虽已成熟，但由于价格较高而阻碍了其在低价市场的发展。然而，多晶硅薄膜太阳能是多晶体硅通过不完全去除纯化过程中的杂质，使硅结晶避免切片造成的浪费，既降低了制作成本，又具有光电转换率较高、不会造成污染的优点。

2.2.2 LED光源

如图2所示，LED是一种会发光的半导体组件，且具有二极管的电子极性。LED的发光过程包括三部分，分别是正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输，其核心是PN结。

在PN结的两端加上正向偏置电压（P型的一边加正电压）后，空穴和自由电子就会相互移动，形成一个内电场。随后新注入的空穴和自由电子再重新复合，复合的同时有时会以光子的形式释放多余能量，这就是我们所见到的LED发出的光。这

样的光谱范围是比较窄的，由于每种材料的禁带宽度不相同，所以释放出的光子波长也不同，因此可使用不同的基本材料改变LED的发光颜色，以获得不同色彩的LED灯泡。

2.2.3 以太阳能电池为光源的微型手电筒

根据实际工作环境和材料特性，采用太阳能电池作为微型手电筒的电源部分安装于手电筒内，并将手电筒外壳做成可拆卸型，当手电筒需要充电时，取下外壳，使其吸收阳光，完成光电转换，将电量蓄在电池内待使用。

3 应用价值和推广前景

如今，太阳能技术的应用已较为成熟。在照明领域，LED发光产品的应用正炙手可热，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是市场大需求趋势，例如应急灯、手电筒、闪光灯等产品相继问世，而太阳能LED微型手电筒，可解决电筒充电及安全问题，并用于多种室内外场合，既能避免出门在外没有插座充电的不便，又能消除充电时产生漏电的隐患。

4 结束语

根据研究项目的实用性、可行性等方面的分析设计的以太阳能电池作为手电筒光源、LED灯作为手电筒照明灯的便携式微型手电筒可自动蓄电，具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、绿色环保等特点，因此，其将会在未来生活中成为各类需求人群的首选。

参考文献

[1]赵雨，陈东生.太阳能电池技术及应用[M].北京：中国铁道出版社，2013.

[2]黄惠良，萧锡炼，周明奇，等.太阳能电池制备、开发、应用[M].北京：科学出版社，2012.

〔编辑：王霞〕

Abstract： In order to avoid charging socket away from home no inconvenience and reduce the use of rechargeable flashlight bring electricity problems， the solar cell as a light source designed to replace the charging plug portable solar LED mini flashlight to automatic storage， combined with the new green light LED as lighting， it can emit light high strength very little heat in order to achieve safe and efficient results.

Key words： solar energy； LED； miniature flashlight； solar cells