時間：2023-05-31 09:33:18
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號：TB34
新材料研制和國家科學技術與生產力發展密切相關，同時也是國家經濟發展根本保障之一。在世界范圍內，新材料研制是國家計劃中的重點研究內容。本世紀正處于光電子時代，而光電信息功能材料不但有電子材料穩定性特點，還有光子材料先進性特點，廣泛應用于電子時代，發展前景極好。
1 概述光電信息功能材料
信息科學發展進程中，材料研究作為技術發展先導，是發現與完善現代化科學規律重要基礎。人們從量子論發展中得到原子中電子物理運動規律，特別是最外層的電子運動規律，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用量子論。
其次，半導體材料開發和利用，電力材料的技術科學發展地位有所提高，研究功能材料是科學發現的前提保障，同時也是技術開發的物質基礎，在整個科學技術領域中都有所體現。并且由于新興起來的光纖技術，將激光技術和光纖技術結合使用，為發展信息技術奠定堅實基礎。正是由于光存儲和光集成技術，光電信息功能材料研究范圍越來越廣，走入到微觀物理層次，覆蓋包括無機和有機、金屬和非金屬、靜態和非靜態科學技術，將計算機應用在信息高智能存儲，傳輸與處理方面，使得信息技術發展迅速。
2 光電信息功能材料研究重點
2.1 半導體光電材料
半導體介于絕緣體和導體之間的一種材料，半導體光電材料可將電能轉化為光，將光轉化為電，也可處理和擴大光電信號。21世紀上半葉至今，半導體量子和異質結構材料仍然把光電信息功能材料作為研發主要內容。
2.1.1 硅微電子材料。微電子技術基礎是集成電路為主要核心的半導體器件，是一種高新電子技術。半導體光伏太陽能電池和集成電路主原材料，是新能源與信息基礎。隨著半導體產業和光伏產業迅速發展，我國硅材料規模迅速壯大和發展。并且，硅微電子信息功能材料與現代化信息時代相聯系，其具有質量輕、可靠性高和體積小等特點。半導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題形成了一系列缺陷密度與均勻性變差。并且，從半導體器件特征性尺寸角度；硅集成角度來看，硅材料是未來研制方向。在鍺化硅材料生長應變硅材料技術基礎上，其可提高器件驅動的電流和晶體管速度，其廣泛應用性可能會替代65nm以下的互補性金屬氧化物的半導體電路主流技術。在硅材料技術應用的同時，人們也在研制雙柵-多柵器件、高K柵介質、銅互連技術和應變溝道技術。目前，硅微電子技術難以滿足龐大市場需求和信息量，需要在全新原理材料、電路技術和器件技術深入研究，例如：納米電子技術、光計算機技術和量子信息技術。
2.1.2 量子級聯的激光器材料。在通信和移動通信領域，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，打破了半導體使用限制性，真正體現出了國家納米級量子器件的核心技術。并且其發展到現在，QCL在遠紅光外源、紅外對抗、遙控化學和自由空間內通信等較為突出。QCL高新技術研究面也更加廣闊，其中，可調諧中紅外激光器在國外步入工業化階段。
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、周期性變化調制材料的光子狀態運行模式。根據周期性的空間排列規則和特點，光子晶體分為一維、二維與三維形式。重點分析二維光子晶體，半導體薄片堆層其可以進一步制出硅基二維光子晶體和高品質因數光子微腔含單量子點砷化鎵基二維光子晶體微腔，有較廣闊的應用空間。例如：借助于圈內反射可限制光電在晶體內的反應，也就是光子晶體反應，以便控制光色散；其次，光子晶體可制作出計算機芯片，計算機的運行和運算速度均有所提高。對于三維光子晶體，特別是可見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化成化學能或電能一種納米行材料，其發展前景廣闊，性能好，被廣泛應用于光存儲、光通信、光電探測器和全光網絡等方面。
尺度位于宏觀物體和原子簇交接區域，納米材料有小尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應和量子尺寸效應，產生點穴、光學、化學、熱血和磁學特征等，其中，表面效應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，當表面原子數量增加到一定范圍內，原子數量越多，缺陷程度就會越大，納米光電材料活性就越高。正是由于量子尺寸影響電學性質，納米材料才會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吸收光子，使電荷發生轉移，形成一定的空間電場，進而借助于電光效應改變折射率。這種光電材料需要低功率就可以在室溫下進行光學信息處理和運算，因此有很好的發展前景。人們對光折變材料進行高密度數據的存儲、空間光調制、光放大、光學圖像處理和干涉測量等研究，并隨著對光折變效應深入了解和發現新型材料，使得光折變材料應用范圍更加廣泛。
3 光電信息功能材料制備方法
光電信息功能材料根據性能與尺寸的不同要求，因此包括有很多制備方法。常見的制備方法有：高溫固相反應、濺射法、Sol-gel、PCVD、CVD等。
3.1 微波反應燒結
我國通過微波輻射法合成物質有硅酸鹽、氧化物、硫化物、磷酸鹽、鎢酸鹽和硼酸鹽等熒光體，利用各種物質選擇光激勵，從而實現了溫室光譜燒孔。
3.2高溫固相反應
高溫固相反應是使用最廣泛的制備新型固體功能材料方式，我國上海硅酸鹽研究所使用提拉法技術生產出閃爍BGO晶體，歐洲核子研究所用晶體制造出正負電子撞機電磁量能器，出口總量高達千萬美元，經濟效益很好。
3.3 濺射法
濺射鍍膜法通過直流或者是高頻電場讓惰性氣體形成電離反應，此過程產生輝光放電離子體，其正離子與電子對靶材進行高速轟擊，濺射出靶材分子和原子，從而將這兩種物質沉積在基材上，形成薄膜。
3.4 CVD（熱分解化學氣相沉積技術）
CVD主工藝過程是借助于過載氣輸送反應物到反應器中，并在一定反應條件下，發生一定的化學反應，形成顆粒大小的納米。隨著反應基質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：反應氣體和氣體擴散吸附于生長、擴散和揮發沉底表面，這種方法可制備出氟化物、氧化物和碳化物等納米復合型薄膜。
4 結束語
光電信息功能材料開發與研究需要通過量子物理支撐，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：
[1]王藜蓓，陳芬，周亞訓.集中光電信息功能材料的研究進展[J].新材料產業，2011（05）.
[2]周舟，陳淵，黃軼.光電信息功能材料與量子物理研究[J].科技創新與應用，2013（07）.
關鍵詞：創新平臺 光電子材料 教學改革
中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（b）-0105-02
隨著材料科學的飛速發展，光電子材料已經成為新材料產業和當代信息技術產業的重要組成部分，引領著光電子、通信、新能源等產業的發展[1，2]。對于光電子材料相關專業的高校本科生，需要具備較強的光電子材料方面的實踐能力，以及與這些技能相匹配的理論基礎知識。通過《光電子材料》課程的學習，能夠加深學生對光電子技術理論知識的理解，幫助學生將光電子技術知識與光電子相關的實驗和實踐能力緊密結合起來。因此，當代光電子材料相關專業的大學生亟需學習光電子材料的相關知識，以滿足科技日益發展的社會需要。[3，4]
光電子材料課程的學習需要學生有良好的電磁學和光學等物理學科的理論基礎知識，同時也是一門實用性強、對動手能力要求較高的課程；其課程目標主要是培養學生掌握扎實的專業知識，同時學習實驗和實踐相關的基本技術，性能檢測的方法，培養學生的實際動手能力[5]。通過光電子材料實驗可鞏固和加強對有關專業理論的理解，提升學生分析和解決問題的能力，使理論與實踐教學有機結合[6]。在以往理論教學中， 激光原理，光纖導光原理，光調制，非線性光學和光電探測等理論知識，涉及較多的電磁學，光學，固體物理和量子力學等專業知識，對于本科生較難理解，而實驗和實踐方面又要求學生在掌握理論的基礎上具備較強的動手操作能力。因此，由于理論知識較難，必須進行較長時間的理論教學，實驗和實踐操作時間被壓縮，枯燥的理論教學不能激發學生對該課程的興趣，最終導致教學效果較差。因此，如何增加實驗和實踐教學的比重，使學生對該門課程產生濃厚興趣，并將光電子材料基礎理論知識與實驗和實踐結合起來，使學生掌握課程的主要知識和基本的操作技能，是達到良好的教學效果的關鍵。
1 光電子材料課程改革目標
《光電子材料》課程是材料物理（光電材料）專業的專業必修課，涵蓋了《光學》、《電磁學》、《固體物理》、《量子力學》等課程相關知識，含有較多的物理公式，具有很強的理論性。根據筆者所在校培養應用型人才的辦學特色，結合課程理論性強的特點，該課程目標如下：
（1）通過該課程的學習讓學生了解當前光電子技術及研究的最新進展和實際的應用情況。加深學生對光電子技術及其發展的相關認識，并通過講授光電子技術的發展歷程激發學生的研究興趣和開拓他們的思維與知識面。
（2）將該課程的理論教學與光電材料綜合實驗等實驗課程進行有機結合，力爭形成理論和實際相結合，培養學生理論基礎知識的同時提升學生的綜合實踐能力。
2 光電子材料課程教學方法和手段改革
根據教育部的專業規范和學校的課程體系，和筆者所在校培養應用型課程人才的辦學理念和材料物理專業的特點與培養目標，結合《半導體器件物理基礎》理論性強的特點，在該課程建設過程中，以提高教學質量、培養學生主動學習能力和創新能力為目的，采用啟發、互動式教學，講解與討論相結合，講授與自學相結合。借助多媒體和實物教具進行形象化教學。充分運用該校多媒體教室所擁有設備以及網絡平臺來實現教學手段的現代化，充分運用實物、互聯網資源以及企業資源，沓涫悼翁玫哪諶藎使其內容具體豐富。
具體采取的教學方法、手段如下：
（1）制作一系列教學video，輔助課堂教學，活躍教學氣氛，增加課堂互動，有效調動學生學習積極性。
（2）建設課程網站，通過學生熟悉的微博、小木蟲等平臺實現“光電子技術基礎”網絡資源庫的建立；并上傳精品課時，在互聯網上進行國內外的共享。
（3）課堂教學中通過課前回顧、課前提問等方式保持課程的連貫性和邏輯性，采取引入實物、實驗演示及參觀等方式使教學更加形象化，運用布置課后作業、小論文等方法使學生在課下更好地鞏固已學內容，同時對學生掌握知識的程度得到及時的反饋，為學生打下扎實的理論基礎。
（4）針對該課程公式偏多的特點，在課上帶領學生推導重要的公式，使學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計的依據。
（5）針對該課程與《光電材料綜合實驗》等實驗課程的密切關聯性，在該課程理論教學中先引入關鍵實驗課程，并逐步與《光電材料綜合實驗》等實驗課程進行有機結合，力爭做到理論聯系實際，學生們學到的知識有的放矢。
（6）通過教師指定報告內容或者討論主題，讓學生進行分組報告或者分組討論等方式，了解半導體器件物理知識在新器件制造及工藝當中的實際應用，分析和研究實際生活中有關的問題，達到理論聯系實際，學以致用的目的，提高學習的深度和廣度，促進學生學習能力發展。
（7）課程考核可采取過程考核的形式，即降低學期末考試成績占總評成績的比重（50%），另外50%的成績根據過程考核的成績進行評定，過程考核主要包括學生的考勤、課堂表現、分組報告或分組討論和團隊作業等多個部分。這種核算成績的方式可以有效降低學生平時對課程重視度不夠，只靠期末進行突擊復習的弊端。督促學生平時對課程的各個環節進行高度重視，上課積極回答問題，積極思考如何將理論與實際應用結合起來，并且善于進行與團隊協作完成作業。
3 結語
光電子材料的研究和應用不但需要較強的光電子技術基礎理論知識，還需要較強的理論聯系實際，動手操作的實踐能力。因此，為滿足社會光電子材料專業人才的需要，在協同創新平臺的基礎上，通過改善原有課程中“學”與“用”脫節的現象，進行有針對性的教學，能夠促進學生對理論知識的理解以及知識運用和動手操作的實踐能力，促進創新實踐能力的專業人才的培養。
參考文獻
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[3]范東華，代福.基于協同創新理念的光電子專業生產實習課程教學方法改革[J].時代教育，2015（2）：199-200.
[4]趙洪霞，包蕾，徐達文，等.應用技術型本科院校光電子技術課程教學改革[J].科教導刊，2015（2）：125-126.
光電化學是在電化學的基礎上發展起來的一個新學科,是研究光直接對電極或界面材料的影響以及伴隨的光能與電能和化學能轉化的學科。1839年，Becquerel首次在由兩個相同金屬電極和稀酸溶液構成的體系中觀察到電極在光照下產生電流的現象（即Becquerel效應）10。20世紀50年代中期，Brattain和Garrett12將半導體的光電化學性質與其電子結構特性結合起來，推動了光電化學相關學科的繁榮發展,并為現代光電化學奠定了基礎。進入60年代,DewaldH提出了半導體光電極產生光電勢的機理,進一步從理論層面對光電化學進行了闡述。1966年，Gerischer[4提出了半導體電極光分解理論,并首次系統研究了半導體/電解質溶液界面的電化學和光電化學行為；隨后Kolb等0對半導體/電解質溶液理論不斷豐富和發展，這些理論的闡明進一步為現代光電化學的發展奠定了理論基礎。自1972年Fujishima和Honda0發現可以利用TiO2作為光陽極在紫外光照射下催化水的分解以來，光電化學特別是半導體光電化學領域的研究開始得到廣泛關注。近年來，隨著對半導體新型電極和電解質溶液體系在光照下的電化學行為和光電轉換規律研究的深入，固體物理中一些概念、理論的引入與交叉，以及當前能源、環境、分析等學科領域的不斷需求，光電化學方面的研究已廣泛深入和應用到了光電催化CO:還原、光電化學太陽能電池、光電化學分解水、光電化學分析等領域,并呈現出蓬勃發展的趨勢。
光電化學包括光電轉化和電化學兩個過程。其中光電轉換過程,是具有光電化學活性的物質吸收光子而處于激發態，所產生的載流子通過與一些分子發生電子交換而產生電荷分離和電荷傳遞，形成光電壓或光電流，實現光能向電能轉化的過程，這是光電化學的核心過程?。另一方面，電化學過程又包括電子傳遞和界面反應兩個過程。實現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溶液的界面轉移,并在溶液界面處發生氧化還原反應，實現能量轉換,形成光電流或光電壓。
具有光電化學活性的材料通過光電化學過程產生光電響應的機理主要有以下兩種：（1)當在周圍電解質溶液中存在還原性物種時,處于激發態的光電活性物質可以被還原至基態，從而使光電化學過程持續循環進行,進而產生持續光電流；(2)當電子供體或受體作為猝滅分子存在時,在激發態分子與猝滅分子之間會發生電子轉移（ET),進而發生氧化還原反應或電極表面電子轉出，形成光電流,并使光電材料恢復至基態參與下一次光電響應M。以半導體材料為例,在外界光照、溫度、電場、磁場等的作用下,半導體材料價帶和導帶上的電子態會發生一定的變化而表現出較為敏感的響應，并具體表現為光電、熱電、光致發光、電致發光等現象和效應。在半導體材料受到光輻射激發時,光子能量大于禁帶寬度時,價帶電子就會吸收光子能量而被激發至導帶上,而在價帶上留有,產生載流子(即電子）。載流子中的電子和可以發生復合并將能量以其他形式釋放,如果在一定的條件下發生分離,繼而會產生光電壓或光電流，實現光能與電能的轉化M。如圖1所示，當半導體的能帶位置與電極的能級匹配時，導帶位置上的電子可以轉移至電極表面，同時產生的被電子供體捕獲完成電極反應,形成陽極光電流;如果導帶電子轉移至電解質溶液界面處,并與溶液中的電子受體反應,電極表面的電子就會轉移至半導體的價帶并捕獲,形成陰極光電流。因此，光電化學過程不僅伴隨著能量轉換，同時還伴隨著電荷分離、電子傳遞、能量轉移、界面反應等過程。光電化學過程的進行直接關系到光電轉換效率、光電化學反應動力學及其應用。另外,光電化學過程的實現不僅與激發光的波長和強度有關,而且與光電材料的類型、性能有著直接且緊密的關系,光電材料本身的光電化學性質、制備方法、復合效果、形貌控制、電荷傳導速率等對于光電化學過程的順利實現有重要影響。
2光電化學傳感器概述
隨著分析科學的不斷發展,新的分析方法不斷涌現。自20世紀60年代光電化學過程闡明到21世紀初，光電化學分析方法作為一種新的分析方法開始出現并不斷快速發展。光電化學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移發展起來的一種分析檢測技術14。光電化學分析的基本原理是基于光電化學過程。在電化學(電子傳遞和界面反應）和光電轉換（能量轉換）兩個過程的基礎上，利用被分析物對傳感識別過程(界面識別或反應）的影響所產生的光電流或光電壓的變化,建立起光電響應變化與被分析物之間的定量關系,從而構建出用于生物、環境等方面分析的光電化學傳感器。
光電化學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傳感器，它是利用被測物質與激發態的光電材料之間發生電子傳遞而引起光電材料的光電流變化進行測定或根據待測物質本身的光電流對其進行定量分析。
光電化學傳感器將傳統的電化學傳感器和光電化學結合起來，同時具有電化學和光化學傳感器的優點。一方面，該檢測方法與目前已經建立起來的電化學發光（ECL)方法在過程上正好相反,ECL采用電作為激發信號,檢測的是光信號;而光電化學分析使用光作為激發信號,檢測的是電信號,通過采用不同形式的能量作為激發信號和檢測信號,使激發和檢測信號互不干擾，因而背景信號較低，可獲得較高的靈敏度;另一方面，由于采用電化學檢測，因而具有設備簡單、價廉，易于微型化的優點。
光電化學傳感器以其獨特的優點，在分析中有著廣泛的潛在應用價值。光電化學分析通過與納米材料的制備、免疫分析體系的構建、生物功能分子的應用等方面的結合，進一步拓寬了其應用范圍。目前,光電化學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、酶傳感分析、免疫分析B6^、細胞相關分析、環境分析（如溶解氧、化學需氧量、有機污染物、重金屬離子、有機磷農藥、植物調節劑等)領域有著較為廣闊的研究。
3光電化學傳感器的材料選擇與設計
從光電化學傳感器的發展過程及其基本原理來看,光電化學傳感器在功能結構上分為光電轉換單元和傳感識別單元兩部分，其中前者主要在于選擇具有較好光電化學活性和穩定性的光電活性物種來構建光電轉換層，后者主要在于通過不同的分析傳感策略來實現對目標物的檢測。因此，光電化學傳感器的構建主要從光電材料的選擇修飾和傳感信號產生模式兩個方面來考慮和設計。
近十年來，隨著光電化學傳感器研究的不斷增多，可用于光電化學分析的光電活性物種也得到了廣泛關注。最近,有多篇綜述對應用在光電傳感器中的不同光電活性物種進行了總結6,5455。可用于光電轉換層的材料主要包括有機光電分子、導電高分子、無機半導體及其復合材料等。
3.1有機光電分子
有機光電分子是相對于有機高分子聚合物來說的，主要是指在光照激發下能夠發生電子從最高占據軌道（HOMO)到最低空軌道（LUMO)躍遷產生相應激發態和電荷轉移的有機分子。該類分子的典型代表主要包括卟啉類、酞菁類、偶氮染料、蒽醌類以及有機金屬配合物類等。其中有機金屬配合物是有機光電分子中重要的一類，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成的具有光電化學活性的一類物質。目前研究和應用比較多的是金屬釕的一些配合物。Weber等53提出了使用釕-聯吡啶作為光電化學信號標記物并給出了其光電化學轉化過程。Ru(n)配合物受到光激發后形成活化的Ru(n)*,Ru(n)*失去電子變為Ru(m),然后Ru(m)被電子供體還原為Ru(n)。Dong等制備了釕聯吡啶衍生物,并將其作為光電化學信號發生分子修飾到SnO2納米半導體電極上,第一次通過光電化學法定量測定了生物素親和素的識別作用。Gao等在ITO表面修飾具有較好穩定性和光響應的核酸加合物（PIND-Ru^PIND),通過ITO表面的核苷酸與目標核酸雜交，第一次用光電化學方法實現核苷酸檢測。
有機光電分子一般具有較大的離域電子體系，對可見光有較強的吸收能力，并具有較強的電子注入和電子轉移能力等B9’6a。另外,對于有機光電分子，可以根據需要直接合成或進行基團修飾，具有很好的可修飾性。Ikela等合成了一種有機光電材料--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，通過光電流的降低可重復檢測核苷酸,其檢測濃度達到^M級。Yamada等62以蒽醌（AQ)作為光敏劑制備出了蒽醌寡聚核苷酸復合物,并結合轉移產生光電流的方法，實現了對DNA胞嘧啶甲基化的光電檢測。Pandey等63報道了流動注射分析體系（FIA),選用具有光電化學活性的9,10肩醌衍生物作為信號發生分子,利用激發態蒽醌分子與電子供體（葡萄糖）反應產生的光電流,首次對嵌入DNA中的復合物進行了檢測。
但該類材料單獨作為光電轉化層所產生的光電流較弱，需要與其他傳導材料進行復合,以提高光電流信號和檢測的靈敏度。如Hu等通過在石墨烯表面負載金納米粒子，并進一步修飾巰基化卟啉制備出卟啉/AuNPs/石墨烯納米復合物，以此作為電極修飾材料用于氫醌的光電化學檢測，取得了較好的效果。
3.2導電高分子及其復合物
導電高分子是由具有共軛T鍵的高分子經化學或電化學“摻雜”使其由絕緣體轉變為導體、半導體的一類高分子材料。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,接近于無機半導體的導帶和價帶之間的能隙，因此，共軛高分子材料大多具有半導體性質。目前研究比較多的主要有聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等。導電高分子主要應用于與無機半導體復合和構建可以特異性識別目標分子并具有一定光電化學活性的分子印跡膜。其應用將在后文中進行闡述。導電高分子制備相對簡單，并可以實現可控聚合或有目的性的識別基團修飾，具有較強的可設計性，因而有較大的研究潛力。
3.3無機納米半導體及其復合物
無機半導體材料是目前研究和應用最為廣泛的一類光電材料。該類材料可以通過多種方法制得,并可以通過形貌和尺寸控制表現出優異的光電化學性質。由于量子限域效應的存在，無機納米半導體材料具有比塊體材料更優異的光電化學活性。這類材料主要包括以TiOi、ZnO、WO;等為代表的金屬氧化物半導體，以CdS、CdSe、ZnS、ZnSe等量子點(QDs)為代表的金屬硫族化物半導體。
其中TiOi以其較好的穩定性、較快的電荷傳導速率和較好的生物相容性等優點受到了廣泛關注，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；而在紫外光區域,很多檢測體系會受到干擾或破壞,從而限制了其進一步的應用。因此很多研究通過使用有機分子、導電高分子、量子點或其他窄能帶半導體等對TiO2進行敏化,來拓寬其應用光譜范圍。鞠煜先課題組M報道了使用磺酸基鐵卟啉功能化TiOi納米粒子,構建了一種在較低電位下檢測生物分子的光電化學傳感器。徐靜娟課題組M使用CdS與TiOi構成雜合物來構建光電轉換層，通過免標記免疫法實現了對目標蛋白的檢測。蔡青云課題組69通過CdTe/CdS共敏化TiO2納米管陣列構建了一種用于八氯苯乙烯檢測的免標記光電化學免疫傳感器。通過使用P3HT與TiOi復合修飾電極,建立了一種在可見光下零電位檢測有機磷農藥的光電化學傳感器。另外,也有用導電高分子與貴金屬粒子共同修飾TiOi的報道。利用導電高分子與TiOi形成的多級電荷分離體系,并結合Au、Ag等貴金屬的摻入對電極表面過電位的降低及對轉移的促進，可以提高半導體材料的光電化學性能,這也為光電化學分析提供了新的材料復合。
無機半導體中，另一種常用的材料是CdS(Se、Te)納米材料或QDs,目前已有綜述對這類材料的優缺點及應用進行了總結B4,73。針對該類材料具有較高的電荷復合速率和光穩定性差的缺點，通過分子/電子傳遞體系或有效電子傳導陣列，減少半導體中電子的復合,對提高其光穩定性和光電轉換效率是十分重要的。近年來，隨著對碳材料研究的不斷深入,碳納米管（CNTs)、石墨烯（GR)等材料以其優異的電子學性質，在促進光電極材料的光電化學性質方面有著較多應用。Wang等M合成了CdS修飾GR的復合材料,并構建了用于靈敏檢測有機磷的光電化學傳感器。使用一步快速溶液反應制備了GR~CdS納米復合材料,并用這種新合成的GR~CdS納米復合材料構建了用于檢測谷胱甘肽（GSH)的光電化學生物傳感器。Li等M通過苯并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RGO進行非共價功能化,并結合CdS納米粒子的原位生長制備了RGO^CdS納米復合物；以此材料為光電轉換層免疫檢測了前列腺特異性抗原（PSA)。制備了具有較好光電化學活性的Cd0.5Zn0.5S/RGO納米復合材料，并基于此復合材料構建光電化學傳感器，用于Cu2+的選擇性檢測。碳材料作為電子傳導基質的引入，不僅提高了量子點的光電轉換效率，也為提高其他半導體材料的光電化學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,對可見光中的藍光有較強的吸收；由于其能帶寬度較TiOi小，可直接利用太陽光，因而具有巨大的潛在應用價值62’83。我們課題組M以WO;為基礎材料并與石墨烯和原卟啉復合,構建了一種多級電荷分離體系用于半胱氨酸的光電檢測。Zhang等M制備了WO;修飾TiC/C核殼納米纖維復合電極,用于H2O2的無酶光電化學檢測。納米硫化鉍是一種重要的窄能帶直接半導體，其禁帶寬度可以調節（Eg=1.30~1.70eV),表現出具有較寬的吸收光譜和較高的吸收系數（一般在扣4?^5^-1)B5-86。我們課題組在進一步研究B^h的光電化學性質的基礎上，分別構建了用于檢測DNA甲基化67]、DNA甲基轉移酶活性和miRNA89的光電化學生物傳感器。
3.4其他
除了以上討論的這些光電活性物質外,全碳材料M和QN4復合材料M也逐漸引起了人們的關注。另外,某些生物材料如細胞、DNA、熒光蛋白等也具有光電化學活性，利用它們自身的光激發電荷轉移過程引起的光電流變化，可以研究生物分子與其他物質間的相互作用92,該領域仍需深入研究。
4光電化學傳感器信號產生與傳感模式
4.1直接電荷轉移與氧化還原
在光電化學傳感器的設計上，一般采用較多是陽極光電流。在該傳感模式中，光電極的電極反應只涉及電荷轉移和電子或參與的直接氧化還原反應,一般不包括分子識別、酶催化等其他過程;信號產生的重要環節是實現電荷的有效分離。在光激發下，光電活性物質發生電子躍遷產生電子，電子轉移至電極表面,而留在光電層中的與電解質溶液中的待檢測物分子發生氧化還原反應。被檢測物一般是具有還原性的物質，通常將其作為電子供體以一定濃度直接加入到電解質溶液中。被檢測物分子的加入使得光電層中產生的電子可以有效分離,減少其復合,使光電流增加。光電流的增加會隨待測物濃度的增大而增強，因而可以通過光電流與被檢測物分子的數量關系實現對待測物的定量分析。Cooper等63制備了亞甲基藍和亞甲基綠固定的磷酸鋯修飾的鉑通道光電極,在波長620~670nm的可見光照射下，光氧化的染料與抗壞血酸發生反應產生光電流；基于該電極構建的傳感器對抗壞血酸的定量檢測濃度可達到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電極構建了一種光電化學傳感器。所制備的電極在360nm的光照下表現出有效的光電流響應;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。基于這種光電流信號增強檢測半胱氨酸的線性范圍為0.6~157^M,檢測限為0.2+M。另外，鞠煜先課題組M還應用基于抑制電荷復合的光電化學策略來檢測多巴胺。該光電化學傳感器是通過將表面未鈍化的CdTeQDs直接涂覆在含氟導電玻璃（FTO)基底上制得。量子點在405nm的光激發下，產生電荷分離，電子轉移至溶液中的02使其還原為O2_.,促進電荷分離。能級處于量子點價帶和導帶之間的電子供體可以捕獲,從而抑制載流子的復合,使光電響應增強。
雖然基于直接電荷轉移與氧化還原的策略具有直接、簡便、易行的特點,并且靈敏度較高,但存在的問題是可用于直接檢測的目標物較少，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果。為了提高選擇性，可以通過一定的前處理過程,將目標分子有選擇的轉化為可用于光電流信號產生的物質，以間接的方式來達到檢測目的。如Li等M首先將待檢測的甲基對硫磷通過簡單水解反應得到對硝基苯酣,然后以對硝基苯酣作為電子供體,在由PTCA/TiOl作為光陽極構成的光電化學池中檢測光電流信號,從而間接地實現了對有機磷的檢測。
4.2基于分子結合導致的位阻效應引起的光電流抑制策略
基于分子識別和結合引起的光電層表面空間位阻效應建立起的光電化學傳感器,在很多方面得到了研究和應用。通過前面的介紹可知，一般對于陽極光電流的產生,需要在電解質溶液中有電子供體來捕獲來完成光電極反應。在用于光電檢測的光電化學池中，無毒且氧化電位較低的抗壞血酸通常會被作為電子供體加入到電解質溶液中B7]。如果在光電層與電解質溶液層之間嵌入具有空間阻隔效果的分子復合物，就會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的定量關系可以用于目標物的分析。目前文獻報道的基于分子識別和結合產生位阻效應最常用的方式是形成生物分子間強作用親和物（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使用生物素標記的吡咯基-Ru配合物為前驅體,利用電化學方法合成了含生物素的聚（吡咯-Ru(n))復合膜，通過生物素和親和素之間的親合作用，將親和素標記的霍亂毒素（choleratoxin)固定到電極表面，并利用抗原抗體結合,以光電流降低法檢測了霍亂毒素抗體。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)修飾的帶有負電性的水溶性CdS量子點（TGA^CdSQDs)交替組裝在IT0電極表面，再通過TGA表面的一C00H與IgG的一N%結合將IgG修飾到電極表面從而制備出免標記的光電化學免疫傳感器。在含有0.1M抗壞血酸（AA)為電子供體的磷酸緩沖溶液中，不加抗原時該光電極有較強的光電流響應，在加入抗原后,抗原與抗體形成免疫復合物,增加了光電極表面的空間位阻，阻礙了電子供體的傳質過程從而使光電流減小，該傳感器在最優條件下對抗原的檢測,表現出較好的選擇性、靈敏度和穩定性。
還有一些文獻報道了基于aptamer與生物材料之間的作用產生位阻效應來檢測目標物的方法。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別目標細胞和溶菌酶的aptamer,利用aptamer與目標物形成的復合物增加電子供體傳輸的位阻，以抑制法實現了對Ramos細胞和溶菌酶的檢測。另外,也有利用修飾在電極表面某些可以與靶細胞表面殘基特異性識別的分子，將被測細胞鍵合在電極表面形成位阻效應。如Zhao等剛將葉酸固定在GR/CdS修飾的IT0電極表面,利用葉酸與癌細胞表面葉酸受體之間的結合作用將細胞固定在電極上，以抑制法實現對目標癌細胞的檢測。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，利用硼酸基團與目標細胞表面的睡液酸殘基結合形成的復合物來產生位阻效應,以抑制法檢測目標細胞。
4.3酶抑制及酶催化法
光電化學分析中基于酶催化活性來實現信號產生和變化也是一類重要的策略。在光電化學分析中常用到的酶主要有乙酰膽堿酯酶（AChE)、辣根過氧化物酶（HRP)、葡萄糖氧化酶（GOx)、堿性磷酸酶（ALP)等。
在光電化學分析中，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S-S結合形成沒有電活性的二聚體，同時產生光電流。該過程需要利用固定在電極上的AChE的酶催化反應來完成。當有AChE酶抑制劑存在時,AChE的活性就會降低，進而會導致生成的膽堿量減少和光電流降低_。通過這種策略既可以分析AChE酶的活性，也可以對抑制劑進行定量&04,105。如Wang等和Gong等剛分別用AChE修飾CdS/GR和BiOI光電層，利用有機磷農藥對AChE酶活性的抑制作用，以光電流抑制法實現了對有機磷農藥的檢測。
HRP的應用主要有兩個方面，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，阻礙電子供體傳質過程,使光電流降低,并以此建立起對H2O2的光電化學檢測。該課題組M還基于生物催化沉積（BCP)構建了連有HRP的三明治結構的光電化學免疫分析陣列，并考察了對鼠IgG(抗原Ag)的協同超靈敏檢測。HRP在該體系中主要有三個作用：（1)HRP標記的二抗(Ab2)通過生物結合后可以增強空間位阻，（2)HRP與％O2共同催化促進BCP過程，進一步增強位阻效應，(3)HRP可以吸收部分光子，使信號降低。綜合BCP^PEC免疫分析陣列的多信號協同結果,該電極表現出對抗原較好的分析性能。HRP應用的第二個方面是催化％O2分解，該方面在信號傳感中又可以以兩種形式實現。第一種是HRP直接催化&O2分解,促進電極與電解質溶液之間的電子傳遞和光電流的產生M。第二種是通過HRP標記的待測分子與未標記的待測分子之間的競爭和HRP催化共同實現的。如Kang等aw]使用抗體(Anti-PAH)修飾的TiO2納米管(TiO2NTs)與多環芳香化合物（PAH)和HRP雙功能化的納米金(BGNPs)復合，用于PAH超靈敏光電化學免疫分析。在不加入PAH時，Anti~PAH的表面被BGNPs所飽和，BGNPs上的HRP可以催化H2O2的還原，促進電極和電解質之間的電荷傳遞,從而產生光電流；而在加入PAH后,PAH會與BGNPs競爭與Anti-PAH的結合位點，使BGNPs的結合減少，并導致光電流降低。除了不參與BCP外,GOx與HRP的應用基本類似。
ALP是生物體內廣泛存在的一種酶，可以催化水解生物體內的許多磷酸酯。最近，徐靜娟課題組112提出了以ALP標記二抗并通過納米金擴增，催化底物中的抗壞血酸磷酸酯（AAP)原位產生抗壞血酸作為電子供體，以光電流信號增加的方式免疫檢測了前列腺癌抗原（PSA)。隨后他們M又報道了將ALP固定到TiOi層，催化AAP產生抗壞血酸鹽,利用抗壞血酸鹽與TiOi表面的缺陷形成配體金屬電荷轉移復合物，使得TiO2在可見光區域有了較強的吸收帶,進而產生光電流響應,并在此基礎上考察了2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)對ALP酶活性的抑制作用。
此外在光電化學分析中應用到的酶還有肌氨酸氧化酶以及類酶M等,如利用FePt的類過氧化物酶活性檢測％O2ai6,117]；某些DNA酶也具有類過氧化物酶活性，可以通過BCP或基于％O2分解引起的信號產生用于光電化學分析49。除了直接對酶活性進行分析以外，也可以通過間接法進行分析,如Willner課題組_曾報道過間接法測定酪氨酸酶(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(LSPR)與激子等離子體激元反應（EPI)
貴金屬（Au、Ag、Pt等）在分析化學中有著廣泛的應用。LSPR是入射光的電磁場頻率與金屬自由電子的集體振蕩頻率發生共振時產生的一種物理光學現象,該現象與納米粒子的形狀、大小、間距、介電性能以及周圍環境等有關M。利用LSPR的性質，目前已經發展了基于散射、消光等技術的LSPR光學傳感器_。基于TiO2或ITO電極負載的Au、Ag等貴金屬納米粒子的LSPR光電化學性質，可以開發新的光電化學分析方法。在可見光的照射下，負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，當電極基底材料的導帶態密度比金屬納米粒子的更高時,就會有金屬納米粒子的光激發電子向電極轉移12fl,氧化態的金屬納米粒子從溶液中捕獲電子，從而產生光電流。Zhao等122以液相沉積TiOi為基底，以AuNPs為LSPR產生源,考察了％O2對AuNPs在TiOi表面的生長調控,并結合GOx催化氧化葡萄糖促進電荷轉移，以信號增強的方式檢測了葡萄糖。
陳洪淵課題組在研究了CdSQDs與貴金屬納米粒子（AuNPs、AgNPs)光電化學過程的基礎上還提出了激子等離子體激元（EPI)相互作用的信號產生模式,并以此策略實現了對DNA的檢測。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下（過程1),量子點價帶上的電子發生躍遷至導帶上（過程2),產生電子。如果電極處在合適的溶液中并且材料與電極能級合適，溶液中的電子供體就會捕獲（過程3),導帶上的電子也會向電極方向轉移（過程4),就會有光電流的產生，這種情況和前面討論的情況一致。但是激發產生的載流子難免會發生復合（過程5和6)。在復合過程中，經過弛豫之后的輻射躍遷會發射出熒光；如果所發射的熒光與AuNPs的吸收譜發生重疊，就可以引起AuNPs的LSPR,將這部分能量吸收（過程7)。同時,LSPR所產生的局域電場會反過來加強過程6的進行（過程8),從而建立起CdSQDs(激子）與AuNPs(等離子體）之間的能量傳遞（總和為過程9),使得光電材料的效率降低。將AuNPs換成AgNPs也有類似的過程。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致的光電流變化策略、基于分子印跡識別的光電分析策略（MIP-PEC)、光電活性物質tlsDNA嵌合策略、化學發光激發的光電化學檢測體系及某些signal-on策略也得到很多關注。
基于電極表面原位沉積導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。電極表面的原位沉積一般是指通過一定方法在修飾電極表面形成新光電活性中心的過程。新光電化學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離子發生離子交換,或是借助一定的輔助物與被測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中檢測其光電流響應，來檢測S2-。該檢測策略用于檢測的金屬離子比較多的是Cu2+和Cd2+。由于CuS的溶度積常數比CdS的小，當把以CdS或其復合物作為光電層的修飾電極浸入含有Cu2+的溶液中，通過離子交換會在CdS的表面生成CwS。所生成的C^S在CdS表面相當于是一個激子阱(excitontrapping),由于它的形成使得載流子易于在激子阱中復合,從而導致光電流的降低，以此可以實現對Cu2+的定量分析a26?12a。對于Cd2+的檢測一般是采用在電極表面沉積CdS或CdSe的方式來進行。田陽課題組&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TiOi起到敏化作用，使光電流增加，以此實現對Cd2+的定量分析。基于類似的方法，該課題組㈣還在TiOiNTs和CdSO^溶液體系中，利用&S與Cd2+反應生成的CdS在TiO2NTs上沉積敏化來檢測H2S。
對于某些非電活性的被測物，可以選擇分子印跡（MIP)與光電化學分析相結合的方法來實現高選擇性檢測的目的。Shi等131首次在TiOiNTs負載吡咯基聚合物作為增強光電層和MIP識別單元，以信號增加的方式實現了對2,4~D的靈敏檢測。同一課題組的Chen等_和Lu等_分別利用類似的方法實現了對微囊藻毒素（Microcystin~LR)和雙酣A的檢測。于京華課題組134,135先后報道了利用聚鄰苯二胺分子印跡膜修飾TiOiNTs構建光電化學傳感器，并用于毒死啤(Chlorpyrifos)和林丹(Lindane)的特異性識別和檢測。
在與DNA分析有關的檢測中，比較常用的方法是基于Ru聯吡啶配合物與雙鏈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聯吡啶配合物固定在電極表面作為光電活性中心,當溶液中加入未損傷的雙鏈DNA時,雙鏈DNA就會鍵合在電極表面,使光電流降低136;而當DNA受到損傷后,損傷的DNA會將Ru聯吡啶配合物暴露出來，使光電流響應增強。另一方面，如果先將雙鏈DNA固定在電極表面，當DNA以雙鏈完整形式存在時，具有光電化學活性的Ru聯吡啶配合物就可以嵌入到DNA雙螺旋結構的凹槽中，會產生較大的光電流；當DNA受到損傷后，Ru聯吡啶配合物就會從DNA中脫離出來，光電流降低。通過對比前后的光電流變化就可以對雙鏈DNA損傷進行檢測。隨后，該課題組將Ru-聯吡啶配合物與雙鏈DNA的嵌合作用推廣到了Hg2+6141、DNA8~oxodGuo損傷_和DNA甲基化損傷檢測等方面。
除了外加物理光源為激發源的檢測過程外，以化學發光（CL)作為激發源,并與光電化學檢測結合起來的方法也有報道。張書圣課題組143報道了以異魯米諾4^O2~Co2+化學發光體系為光源，通過間接法檢測了癌細胞中的巰基化合物。Willner課題組144以Hemin/G四聯體4^O2化學發光共振能量轉移（CRET)體系為激發源，實現了對GOx酶活性和DNA的分析。
此外,為了提高光電化學檢測的靈敏度,通過其他途徑實現signals檢測的策略也引起了人們的研究興趣。張書圣課題組先后報道了基于aptamer與目標分子的識別反應間接signals檢測癌細胞中的三磷酸腺苷（ATP)a45和基于溶菌酶與aptamer之間識別反應的反位阻效應signals檢測溶菌酶146。類似地,Zhang等M先將可以與雙酣A特異識別的aptamer固定在光電層上，當在體系中加入雙酣A后，雙酣A與aptamer的識別反應使aptamer脫離光電層，實現了signal~on檢測雙酣A。
5光電化學傳感器的發展前景
目前光電化學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、有機染料等。為了促進電荷分離和電子傳遞,構建多級電荷分離體系、光電材料電子傳輸介質復合等手段在光電化學體系的設計上得到了一些應用；在信號識別和傳感模式上也有了多種實現方式。近年來，隨著流動注射系統、微流控系統等的快速發展，將這些技術與光電化學分析結合起來，共同開發可用于多組分、多樣品、高通量陣列檢測系統逐漸引起了人們的關注。此外種廉價、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。
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20*年年初，組建了*國家光電子產業基地發展股份有限公司，會同高新、凈月、汽車、經開等開發區，整合調配各類資源，編制了光電子、汽車電子嵌入式軟件工程中心、光電子產業基地工程中心和*國家汽車電子產業園區規劃等可研報告，并正式向國家信息產業部申報國家汽車電子產業園區，目前正在審評中。為推動基地與園區建設，分別與高新、凈月、汽車等開發區和吉大科技園就光電信息產業發展的投融資體系、風險投資機制、中小企業擔保、企業孵化中心建設等問題進行了探討和論證。形成了以高新區磐谷國際商務港為總部，以經開區中科院光機與物理所為產業化孵化器，以凈月啟明工業園、汽車區汽車電子工業園、高新區吉大科技園、軟件園為依托的*國家光電子產業基地總體方案，編制了申請國家開行資金支持的項目可研。目前，該平臺項目正在申報中。綜合技術服務平臺項目啟動后，將進一步推動國內外光電信息企業和項目向向*國家光電子產業基地集聚。
[關鍵詞]光電子技術；電能；光能
光電子技術主要由光子技術和電子技術兩者結合組成，同時，技術中包含的技術理論十分廣闊。光電子技術主要涉及光學、電子學、計算機學、光電子學等多個學科領域的專業知識理論，是一種典型的多學科交叉滲透的現代技術，對世界科學技術的發展，對社會經濟進步，起著重要的推動作用。光電子技術的研究核心是眾多學科中的光子學，支撐技術主要是電子學，這電子學是一種近年來興起的新型研究學科。因此來說，光電子技術具有很強的兼容性，其中的電子技術相對于微電子技術來說，有著更多的發展空間，優勢更加明顯，能夠在更加廣泛的領域得以應用。
1光電子技術相關概述
所謂光電子技術，其全稱是光電子信息技術，該技術的核心內容是進行電能和光能的轉換，是科學技術中的一種全新的技術，其涵蓋了材料科學、精細加工、半導體材料以及固體物理等，是多個領域的綜合體。光電子技術的誕生是在20世紀60年代，并在當時開始光電子技術相關設備的生產，從一開始的單一的領域應用，迅速發展至今，已經廣泛應用在各個領域和各個行業，比如在軍事武器的制造業、醫療行業、電子信息行業以及其他高新制造業等領域，應用十分廣泛。而最初的光電子技術的發展，主要得益于無線激光器設備的出現，為光電子技術的發展提供了重要的光頻波段支持，隨著發展和研究的深入，光電子技術逐漸實現了信息的處理、存儲、傳輸等功能。光電子技術能夠通過對光子以及電子的利用，來促使產生一種全新的光子物理現象。隨著科學技術的發展，由光電子技術原理構造成的相關硬件設備，組成信息技術中重要的應用成分，也為信息技術的發展提供了無限的可能和廣闊的發展空間。比如，可以通過光電子技術將全球所有范圍內的電子計算機進行聯機，這是通過光電子技術能夠簡單實現的。當然，也可以利用光電子技術實現衛星和地球的聯系，從而組成宇宙性質的聯系網絡，通過光電子技術，這在未來也是有希望得以實現的。當前，光電子技術可以說是互聯網當中最重要的支撐性技術，主要應用在高新技術領域。而在我國來說，光電子技術的起步較晚，但是發展的速度是極快的，已經在我國國內諸多領域得以應用和推廣。在光電子技術的應用中，體現出諸多方面的應用優勢，具有極高的速度和極大的容量，對于日益增長的信息量處理要求和信息化發展時代要求來說，無疑是至關重要的技術，這也是傳統的電子學以及微電子學難以實現的。光電子技術能夠實現對信息的高速度和高頻率處理，能夠將信息從探測到最終處理整個流程融為一體，一氣呵成，從而在信息技術領域占據著不可動搖的地位。
2光電子技術的發展現狀
21國內發展現狀
我國的光電子技術發展起步較晚，但是在我國的發展十分迅速，已經達到世界先進水平，與最先發展光電子技術的發達國家之間的差距不斷縮小，已經達到接近水平。光電子技術在國內取得如此大的成就，主要受益于我國政府對科學技術的重視和大力投入。在電子領域的各個方面，我國皆取得了不錯的發展成績，許多方面達到了世界的先進水平，比如在光收發模塊、探測器等一些光電子器件上，水準很高，技術水平相當先進，市場份額占比不論是國內還是世界范圍內，都有極大的競爭力。在我國，光電子技術的發展存在明顯的地區差異性，光電子技術的先進發展主要集中在我國的幾個發達地區，比如珠江三角洲地區、長江三角洲地區以及渤海灣地區，這主要是由目前我國區域經濟發展現狀決定的。另外，在這些發達的地區，高等院校較多，研究所也多，給光電子技術的研發和發展提供了巨大的技術力量保障。
22國外發展現狀
國外的光電子技術的發展和應用參差不齊，最為先進的是美國、日本以及歐洲一些國家。尤其是美國，特別看重光電子技術在未來的發展和應用，并將光電子技術列為21世紀最為重要的戰略性技術之一，并進行了大量的研究投入。日本在光電子技術方面，近些年來發展十分迅猛，在國際市場上占據著重要地位。歐洲地區的光電子技術發展和應用，以德國最為先進和典型，德國對光電子技術的投入研究較早，進行了大量的研究，因此積累了許多寶貴的研究成果和發展經驗，技術基礎十分強大。隨著全球化的深入發展，“地球村”理念逐步形成，使全球范圍內的人類更加緊密地聯系在一起，信息通信十分便捷和快速，并對未來的信息產業提出了更高的需求。光電子技術在信息產業方面所做出的重大貢獻，對于全球信息交流的促進有著關鍵的作用。另外，當今世界的互聯網技術發展迅速，儼然已經成為互聯網的時代。在高速發展的互聯網環境下，對信息傳輸的需求無論是數量上還是效率上，都有著更高的要求，為了滿足這個巨大的要求，發展光電子技術無疑是最佳選擇。
3光電子技術的應用領域
31信息領域
當今時代，是一個信息化高速發展的時代，無論是現在還是未來，都離不開信息化的支撐。在信息化發展過程中，信息傳輸和處理流量正呈現質的增長，傳統的電子技術已經無法滿足當今時代巨大的信息傳輸和處理。而光子技術的應用，與電子技術進行完美的融合，并產生全新的光電子技術，能夠極大擴大信息容量和信息傳輸速率，比起傳統的電子技術優勢巨大，能夠有效促進信息產業的快速發展。當前在信息領域已經開始大范圍開展光電子技術的應用，并取得了極好的影響效果，為信息產業的蓬勃發展帶來了更多的可能和廣闊空間，提升了信息領域的發展潛力。
32能源領域
能源是地球上賴以生存的重要發展來源。在過去的許多年發展中，世界對能源的需求巨大，依靠傳統能源取得了良好的發展成效。但是與此同時，世界發展在能源方面也逐漸顯現出諸多發展瓶頸，主要是傳統能源的枯竭，以及世界對環境保護的呼聲越來越大。因此，當前的主要辦法就是進行清潔能源的生產和利用。如何研發出既清潔環保，又能夠高效利用的新能源，成為當今世界能源研究的主要議題。而光電子技術，能夠將光能轉化成熱能的這一偉大功能，使得其在新能源領域備受關注，具有極大的新能源產業潛力，市場前景十分廣闊。目前在世界范圍內，尤其是在一些發達國家中，利用光電子技術獲取新能源的方式已經得到應用，在我國也已經進行了初步的應用。
33汽車領域
汽車是當今世界最主要的交通工具之一，隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，人們對汽車的市場需求不斷擴大。在汽車領域，人們開始越來越注重汽車的整體功率、能耗、舒適度以及外觀等因素，這就意味著需要更加先進的汽車生產技術。光電子技術在汽車領域的應用，使得汽車的功率轉化大大提升，并且通過光電子技術，能夠對汽車生產材料進行高精度的加工，極大提升了汽車的整體質量和舒適度，減少汽車在使用中的損耗。
34環境領域
地球環境是人類生存的基本條件，保護環境，是人類共同的責任。步入21世紀以來，世界范圍內的工業生產已經到了一個相對成熟的水平，與此同時，工業的生產和發展對環境造成了極大的損耗，比如逐漸出現的全球變暖問題和厄爾尼諾現象等，給地球環境造成了惡劣的影響。當前，人們對生活質量的要求越來越高，環境保護意識越來越強，亟須研發出能夠遏制環境逐漸惡化的先進技術。在這種情況下，光電子技術給環境保護和污染治理帶來了全新的希望，其通過高精度傳感器的制造，能夠對環境中污染物的濃度進行準確的測量，并進行有效的治理與防護。
35軍事領域
一個國家的軍事基礎，是一個國家安全力量的巨大保障。光電子技術在軍事領域的應用，能夠極大加強國防軍事力量，并有著廣闊的應用前景。通過光電子技術，能夠制造先進的激光制導武器，目前，這方面許多發達國家正在加大力度進行研發和應用。另外，光電子技術能夠形成更加有效的圖像傳感器，使得單兵作戰更加強化，得到許多國家的重視。
36醫療領域
隨著生活水平的提升，人們越來越開始注重醫療健康。光電子技術在醫療領域的應用主要是通過激光來治療一些以傳統治療手段難以解決的疾病，比如通過激光進行角膜的切除手術和治療，能夠幫助人類矯正視力。隨著光電子技術在醫療領域中的應用，以相關設備進行手術，能夠使手術更加精準，治療效果更好，提升手術的成功率和穩定程度。
4發展趨勢
光電子技術的應用前景十分廣闊，發展潛力十分巨大。在未來，光電子技術的發展趨勢主要會從集成化、擴大化、強適應性三個方面進行優化發展。
光電子技術的發展還需要諸多輔助材料的發展來促進，比如半導體激光以及相關電氣元件，這些輔助材料和技術的發展，才能夠推動光電子技術更加迅速和完善發展。在導體激光以及半導體激光的迅速發展之下，通過各種輔助材料和技術與光電子技術的融合，在未來，光電子技術將會呈現集成化發展狀態，并不斷研發出新的設備以及材料。這些新設備和新材料與光電子技術的融合應用，將會推動光電子技術的應用效果，并且在光電子技術的應用經濟性以及簡便性方面得到較大提升與優化。
5結束語
綜上所述，光電子技術是當今世界最重要的高新技術之一，對世界經濟發展具有至關重要的推動作用。當前，光電子技術已經在眾多重要領域得到了初步的應用，在未來，光電子技術的用前景相對廣闊，有著無限的發展可能。
參考文獻：
[1]楊嬌瑜光電子技術的發展現狀及應用探討分析[J].信息通信，2014（11）：129
【關鍵詞】 紅外線 發電 銀氧銫
1 模型設計方案
1.1 工作原理及設計思路
對于本次試驗模型，主要根據愛因斯坦光電效應理論設計，并在兩年前學年論文的基礎上進行改進。本套試驗模型主要有四大部分組成，分別為紅外線發射裝置、紅外線接收及轉化裝置、電流檢測裝置、電能的儲存裝置。圖1為設計模型示意，中間實心球體為紅外線的發射裝置，外周的大球為紅外線接收及轉化裝置，外部用導線連接，導線上發光二極管為電流檢測裝置，電容器為電能的儲存和發射裝置。
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光，這樣就標志著其只能在白天進行正常工作。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，無論在白天還是黑夜，只要物體存在溫度就會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行收集與轉化，并且釋放出電能。根據查閱其他著作，可以了解銀氧銫的感應特性，并以此來計算出其光能轉化率。
1.2.2 銀氧銫光電陰極的研究以及制備方法
對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轉化為電信號，也就是起到了光電轉化的作用。超高速光電管中的關鍵也就是本設備的關鍵，即材料和工藝。參照其工藝就可以免去重新制作的過程，節省了資金以及時間。
銀氧銫的光譜響應范圍為300―1100nm，靈敏度20μA/Lm。縱觀目前的光電材料來說，銀氧銫（Ag-O-Cs）光電陰極最為獨特。目前為止，銀氧銫陰極是紅外線區具有響應的實用型真空光電材料。
D.G.Fisher、Sayama等人已經通過實驗測試對銀氧銫進行了一些化學分析，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，這就說明了銀氧銫陰極制備就符合表達式Ag2O+2Cs2Ag+Cs2O。但是按照目前技術水平來說，銫的化學分析精度還不夠準確，是否存在未氧化的銫或者存在銫的其他氧化物，另一個問題就是銀是否一定以單個粒子的形式存在，等一系列問題，那么這種粒子大小是否具有臨界的重要性就是一個至關重要的問題。盡管人類對銀氧銫這種材料已經研究了幾十年，但是其精確的結構還是不能確定，因此，所有的討論大多都是定性的。
長波響應主要是由于陰極中的銀粒子的體積效應引起的，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，對于入射光銀氧銫陰極膜的吸收可以高達50%。光的吸收的增加就使銀氧銫陰極的量子產額比體積銀高出很多倍。
但是，一個問題應當引起注意，銀氧銫陰極與堿銻化物陰極相比，其量子產額任然很低，其原因為激發光是以帶間躍遷而非帶內躍遷的方式吸收，故光子更可能被激發到真空能級。另外，銀氧銫陰極中的Ag對350nm以上波長的吸收，有一部分為帶內躍遷，因此他降低了電子的逃逸幾率，導致其量子產額的降低。
銀氧銫陰極的相應曲線是非常具有特征的，在可見光譜內，550nm附近有一個下沉，在紫外線區350nm處出現一個極大值，320nm處出現一個尖的極小值。
1.3 運行分析[4]
介于以上對于銀氧銫陰極特性的研究，可知在紅外線區出現的峰值為800nm，為了能夠最大限度的達到實驗效果，可以選擇發射波長為800nm的紅外線發光二極管作為光源，這是光電轉換的核心元件。當實驗成功后可以用自然界中的紅外線作為光源來替代人造光源。
紅外線發光二極管可以特別制造，通過改變電流去改變紅外線的強度。電子從較低能級躍遷到較高能級，需吸收能量；反之，電子從較高能級躍遷到較低能級，會釋放能量。躍遷時電子吸收或釋放的能量為兩個能級之間的差值，是以光子的吸收或發射方式完成的。只要選擇合適的材料就能使發光波長集中在某單一波長，從而使其發光效率達到一個最優的效果。實際生產中，所用的材料多為砷化鎵等半導體材料，這些材料發出的光的波長能夠集中在一個很窄的范圍內，其中心頻率正好為可見光之外的紅外線區域。當半導體材料正常工作的時候，其溫度恒定，那么其發光頻率就完全由通過其本身的電流大小直接決定，這樣就可以通過控制電流來控制其發光的波長、頻率，達到實驗要求。
2 結語
縱觀國內外，對于紅外線發電還處于初級階段，并未出現可以在無可見光的條件下利用紅外線發電且應用的實例。但展望紅外線發電這一技術，它的成功將使人類發電技術邁上一個新的臺階，它可以將發電成本大大縮小化，又可以將發電地區普及化，最關鍵的是它可以將時間任意化。它的成功與應用，將徹底扭轉現今電子產品供電續航能力差的局面。
參考文獻：
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[3]史久德.復蒸銀對銀氧銫光電陰極特性的改進[J].1992.6.
關鍵詞：137Cs；γ射線；不同物質；能譜變化
1 概述
原子核能級間的躍遷產生γ射線，γ射線按強度的分布即γ射線能譜，簡稱γ能譜。測量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或電離后，能發射熒光（成為閃爍）的現象測量能譜。γ射線通過光電效應，康普頓散射，（電子對效應）三種方式與物質進行相互作用。探測γ射線通過物質時能量譜的變化，可以深入了解γ射線與物質相互作用。
2 實驗
2.1 實驗原理
光電效應：
光電效應是物質在高于某一特定頻率的電磁照射下放出光電子的現象，當能量為hv的入射γ光子與物質的原子中束縛電子相互作用時，光子可以把全部能量轉移給某個束縛電子，使電子脫離原子束縛而發射出去，光子本身消失，發射光電子的動能為：
E=hv-Ei≈hv
這是閃爍體探測器探測到的全能峰（光電峰）的來源。
2.2 實驗儀器
濱松閃爍體探測器；四川大學一體化能譜儀，137Cs放射源；若干鋁片，銅片，鉛片。
3 實驗步驟
3.1 儀器組裝
檢查實驗儀器的線路連接。
3.2 準直與調節
將各個部分中心置于一條直線上，打開放射源屏蔽體開關，微調光電探測器的角度，直至計數率最高，即已準直。固定設備開始測量。
3.3 測試與記錄
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并進行測試。
3.3.2 相同厚度，不同材料
考慮到實驗室材料的實際情況，難以保證嚴格相同的厚度，因此使用上述測試結果中9mm左右和18mm左右兩組數據直接進行對照。
3.3.3 無屏蔽測試
取下所有屏蔽材料，令放射源直射探頭，進行60s測試后記錄數據。該記錄位于后文air線。
4 結果及分析
4.1 相同厚度，不同材料
由常規刻度圖像可以看出，材料的加厚顯著減弱了整個能譜中每一道的計數率，全能峰與康普頓坪均明顯下降，可認為材料與γ射線的相互作用降低了能夠通過材料抵達探測器的γ光子數，與理論預期相合。
由對數刻度圖像可以看出，隨材料加厚，整條能譜曲線基本不變形地向低計數方向平移。由于縱軸為對數刻度，較高的全能峰與較低的康普頓坪呈現同樣幅度的下降，意味著厚材料的全能峰相對于薄材料下降的比例應當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數，且圖像呈現白噪樣。由于該系統中不存在高于全能峰的有效信號，因此這些計數應為噪聲，可用于估計系統噪聲的大小。對全能峰后的所有道進行統計，得每道平均計數率為每秒0.024個信號。
可以看出，隨著材料的原子序數增大，整個能譜計數明顯降低。
4.2 數值分析
對相同材料、不同厚度的數據，考慮到計數時間較短，為確保變化可觀察，對鋁和銅取最薄和最厚一組，對鉛取全部數據進行處理。對每組數據的康普頓坪與全能峰部分計數進行積分，并以全能峰總計數除以康普頓坪總計數，得到峰-康比如表1所示：
對于相同材料不同厚度的材料，得出的結論是譜型沒有明顯變化，但是對整個譜進行積分，探測到的粒子數變少。再對得出譜進行更細致的分析，對每個譜分別積分其康普頓連續譜和全能峰譜的計數，得到同種物質不同厚度的峰康比。發現隨著物質厚度的增加，峰康比變小。這是由于窄束γ射線在穿過物質時被吸收，強度隨物質厚度的衰減服從指數規律，即：
I=I0e-？滓？篆x=I0E-？滋x
其中I與I0分別是穿過物質之后，穿過物質之前γ射線的強度。N為吸收物質單位體積的原子數。σ是光電效應，康普頓，電子對三種效應截面之和，μ為物質的線性吸收系數，它是原子序數Z和γ射線能量的函數，且μ=μph+μc+μp，式中μph、μc、μp分別為光電、康普頓、電子對效應的線性吸收系數，其中 、 、 （Z為物質原子序數）。同種物質，穿過距離x越長，則γ射線強度越低，總計數越少。γ射線在與銅鋁等物質相互作用時，雖然發生光電效應和康普頓效應的光子數都會增加，但是發生康普頓散射的一部分粒子仍能被探測到，所以峰康比會減少。
特別說明，對于鉛而言，能譜的低能段（康普頓坪）會被薄鉛強烈吸收，而高能段（全能峰）被吸收的比例相對不那么高，因而導致在薄鉛測試時峰康比異常高。在鉛磚測試時，其厚度已經將全能峰和康普頓坪抑制到接近噪聲的程度，難以再降低計數，因此峰康比明顯下降。
對于相同厚度不同材料來說原子序數越高，射線經過物質后強度越小，總計數也就越小。此外，對于鉛磚來說，幾乎探測不到計數，可見鉛磚對于實驗室放射源的屏蔽十分有效，鉛塊足以起到防護作用。
參考文獻
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納米光電子主要是研究在所有納米結構中各個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技術相互結合共同組成了納米光電子技術。傳統的半導體硅并不具備發光的基本功能，但是引進了納米技術以后，能夠發出一種非常耀眼的光，同時開設了一門新興的納米光電子。
二、納米光電子技術的發展
新時代的納米電子技術能夠快速的制作各種單電子存儲，同時還可以制作一些非常精巧完美的微電子機械以及電機械系統。隨著現代納米技術的不斷進步與發展，集成電路也將成為一種比較先進的半導體器件，并成為了未來發展的新方向。如今的信息社會對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，這就導致人們不斷突破尺寸具有的極限途徑。在新的社會形勢下，納米電子以及納米電子光技術應運而生，并成為了半導體科學以及各種工程研究的重要領先技術。光電子技術屬于電子技術以及光電子技術的結合體。二十世紀以后，光電子技術逐漸發展，并取得了一定的進步。將光電子技術以及納米技術巧妙的相互融合最終形成了納米光電子技術，成為了未來電子技術不斷發展的新領域。如今的二十一世紀，也為光電子技術以及納米光電子技術發展提供了新的機遇。
三、納米光電子各個器件的具體分類
3.1納米光電技術探測器
如今的納米光電技術探測器主要是利用納米光電子的基本材料進而不斷發展而來。這種微型的探測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器等。
3.2納米發光器件
引進納米光電子的相關技術并利用納米光的基本材料，利用納米光刻技術，最終研制出新興的納米發光器件。主要有利用納米粒子等材料制作完成的一種硅發光二極管，使用各種納米尺寸制成的可以實現調諧的納米發光二極管。
3.3納米光子器件
納米量子機構以及量子電路等各種集成技術都蘊含著非常深奧的研究內容。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二極管，以及無損耗產生的光電波，光開關等，這些都屬于先進的納米光子器件，在量子保密通信中的各種重要的關鍵器件，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，還有一種碳納米發生顯示器等。如今的納米電子學還有納米光子學以及先進的磁學微電子，自身具有的極限線寬都是70nm，這種先進的技術通過幾十年的研究就完成了。為了能夠在最短的時間內完成新興的器件，使用單原子具體的操作方式成為重要的研究方向，并且，利用這種先進的技術能夠制成計算機，并且能夠有效的提升計算機自身的計算能力，甚至可以提高上千倍，但是需要使用的功率只有現在計算機的使用功率的百萬分之一。如果使用先進的納米磁學，計算機具體的信息存儲量甚至能夠達到上千倍。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，這種器件無論是在材料上還是在使用的原理上都與上述的半導體量子器件存在較大的差異。
四、結束語
1.太陽能電池的性能特點及
應用領域
太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或光電池，是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。在物理學上稱為太陽能光伏（PV），簡稱光伏。
太陽能電池的作用，是通過光電效應或者光化學效應，將太陽的光能直接轉換為有用的直流電能，是太陽能光伏應用的關鍵器件。太陽能電池具有輸出直流電壓、單個電壓低、使用壽命長、運行無噪音、安全可靠、無污染、無輻射；能量隨處可得，無需消耗燃料；無機械轉動部件，維護簡便，使用壽命長；建設周期短，規模大小隨意；可以無人值守，也無需架設輸電線路，還可方便與建筑物相結合等優勢。這些都是常規發電和其它發電方式所不及的。
最早問世的太陽能電池是單晶硅太陽能電池。硅是地球上極豐富的一種元素，幾乎遍地都有硅的存在，可說是取之不盡。用硅來制造太陽能電池，原料可謂不缺。但是提煉它卻不容易，所以人們在生產單晶硅太陽能電池的同時，又研究了多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池，至今以商業規模生產的太陽能電池，還沒有跳出硅的系列。其實可供制造太陽能電池的半導體材料很多，目前已進行研究和試制的太陽能電池，除硅系列外，還有硫化鎘等許多類型的太陽能電池。以光電效應工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。
標志太陽能電池性能指標的參數較多，但是從實際使用的角度來說主要有以下基本特征。
硅太陽能電池的一般制成P+/N型結構或N+/P型結構，P+和N+，表示太陽能電池正面光照層半導體材料的導電類型；N和P，表示太陽能電池背面襯底半導體材料的導電類型。太陽能電池的電性能與制造電池所用半導體材料的特性有關。太陽能電池的性能參數由開路電壓、短路電流、最大輸出功率、填充因子、轉換效率等組成。這些參數是衡量太陽能電池性能好壞的標志。隨著日照強度的加大輸出電壓呈上升狀態，輸出電流基本不變輸出功率也在快速地上升。當達到一定程度時，曲線呈下降趨勢，并出現一個最大的功率點。太陽能電池在實際使用中為了發揮其最大的發電效益，通過相應的技術控制手段使得其工作時的輸出在最大的功率點附近。P-N結太陽能電池包含一個形成于表面的淺P-N結、一個條狀及指狀的正面歐姆接觸、一個涵蓋整個背部表面的背面歐姆接觸以及一層在正面的抗反射層。當電池暴露于太陽光譜下時，能量小于禁帶寬度Eg的光子對電池輸出并無貢獻。能量大于禁帶寬度Eg的光子才會對電池輸出貢獻能量Eg，大于Eg的能量則會以熱的形式消耗掉。因此，在太陽能電池的設計和制造過程中，必須考慮這部分熱量對電池穩定性、壽命等的影響。這種用光的顏色波長與所產生電能的關系就用分光感度來表示，而不同的太陽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，選用單晶硅太陽能電池可以獲得較好的發電效果；在室內熒光燈下使用時計算器、充電器等就要選用非晶硅太陽能電池以獲得較好的使用效果。
2.太陽能電池的主要種類
多元化合物太陽能電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽能電池。現在各國研究的品種繁多，大多數尚未工業化生產，目前進入商品化的常用太陽能電池產品種類按照其所采用的制造材料、技術原理和使用方式等可以分為幾種不同的類型，其中硅太陽能電池是目前發展最成熟的，在應用中居主導地位。
硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為24.7%，規模生產時的效率為15%。在大規模應用和工業生產中占據主導地位，但由于單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難，為了節省硅材料，發展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅太陽能電池的替代產品。多晶硅薄膜太陽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，其實驗室最高轉換效率為18%，工業規模生產的轉換效率為10%。因此多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據主導地位。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉換效率較高，便于大規模生產，有極大的潛力，但受制于其材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高，直接影響了它的實際應用。如果能進一步解決穩定性問題及提高轉換率問題，那么，非晶硅太陽能電池無疑是太陽能電池的主要發展產品之一。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規模生產，但由于鎘有劇毒，會對環境造成嚴重的污染，因此，并不是最理想的替代產品。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帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合于制造高效單結電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而限制了GaAs電池的普及。
銅銦硒CuInSe2簡稱CIC，是一種性能優良太陽光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導帶與價帶之間的能級差）多元的半導體材料，可以擴大太陽能電池吸收光譜范圍，進而提高光電轉化效率。CIS材料的能降為1.leV，適于太陽光的光電轉換。另外，CIS薄膜太陽能電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目，以它為基礎可以設計出光電轉換效率比硅薄膜太陽能電池明顯提高的薄膜太陽能電池，可以達到的光電轉化率為18%。而且，此類薄膜太陽能電池到目前為止，未發現有光輻射引致性能衰退效應（SWE），其光電轉化效率比目前商用的薄膜太陽能電池板提高約50～75%，在薄膜太陽能電池中屬于世界最高水平的光電轉化效率。由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發展又必然受到成本上的限制。
有機太陽能電池，顧名思義就是由有機材料構成核心部分的太陽能電池。如今量產的太陽能電池里，95％以上是硅基的，而剩下的不到5％也是由其它無機材料制成的。有機太陽能電池以具有光敏性質的有機物作為半導體的材料，以光伏效應而產生電壓形成電流。有機太陽能電池按照半導體的材料可以分為單質結結構、P-N 異質結結構、染料敏化納米晶結構。
納米晶體化學學能太陽能電池是新近發展的，以染料敏化納米晶體太陽能電池（DSSCs）為例，這種電池主要包括鍍有透明導電膜的玻璃基底、染料敏化的半導體材料、對電極以及電解質等幾部分。染料分子吸收太陽光能躍遷到激發態，激發態不穩定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導帶，染料中失去的電子則很快從電解質中得到補償，進入TiO2導帶中的電于最終進入導電膜，然后通過外回路產生光電流。優點在于它廉價的成本、簡單的工藝及穩定的性能。其光電效率穩定在10％以上，制作成本僅為硅太陽能電池的1/5～1/10。壽命能達到20年以上。此類電池的研究和開發剛剛起步，估計不久的將來會逐步走上市場。
目前太陽能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種，它們各自的特點決定了它們在不同應用中擁有不可替代的地位。但是，未來10年晶體硅太陽能電池所占份額盡管會因薄膜太陽能電池的發展等原因而下降，但其主導地位仍不會根本改變；而薄膜電池如果能夠解決轉換效率不高、制備薄膜電池所用設備價格昂貴等問題，會有巨大的發展空間。
3.太陽能電池的結構原理
太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程，后一個過程是熱—電轉換過程。太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，因此，目前只能小規模地應用于特殊的場合。光—電直接轉換方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管。當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或并聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。
太陽能電池按結晶狀態可分為結晶系薄膜式和非結晶系薄膜式兩大類，而前者又分為單結晶形和多結晶形。按材料可分為硅薄膜形、化合物半導體薄膜形和有機膜形，而化合物半導體薄膜形又分為非結晶形、ⅢV族、ⅡⅥ族和磷化鋅等。太陽能電池是一種對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體硅為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差；當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是光子能量轉換成電能的過程。太陽能電池的發電原理，主要是通過使用半導體材料將較薄的N型半導體置于較厚的P型半導體上，當光子撞擊該裝置的表面時，P型和N型半導體的接合面有電子擴散產生電流，可利用上下兩端的金屬導體將電流引出利用。太陽能電池是一種可以將能量轉換的光電元件，其基本構造是運用P型與N型半導體接合而成的。半導體最基本的材料是“硅”，它是不導電的。但如果在半導體中摻入不同的雜質，就可以做成P型與N型半導體，再利用P型半導體有個電洞，與N型半導體多了一個自由電子的電位差來產生電流。所以當太陽光照射時，光能將硅原子中的電子激發出來，而產生電子和電洞的對流，這些電子和電洞均會受到內建電位的影響，分別被N型及P型半導體吸引，而聚集在兩端。此時外部如果用電極連接起來，便會形成一個回路。太陽光照在半導體P-N結上，形成新的空穴-電子對，在P-N結電場的作用下，空穴由N區流向P區，電子由P區流向N區，接通電路后就形成電流。
太陽能電池能量轉換的基礎是光生伏特效應。當光照射到PN結上時產生電子一空穴對，在半導體內部結附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區，受內建電場的吸引，電子流入N區，空穴流入P區，結果使N區儲存了過剩的電子，P區有過剩的空穴。它們在PN結附近形成與勢壘方向相反的光生電場。光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使P區帶正電，N區帶負電，在N區和P區之間的薄層就產生電動勢，這就是光生伏特效應。
近年來超級電容發展快速，容量超大，面積反縮小，加上產品價格低廉，因此有部分太陽能產品開始應用超級電容來充電，因而改善了太陽能充電的許多問題。例如充電較快速，壽命長5倍以上，充電溫度范圍較廣，減少太陽能電池用量（可低壓充電）。目前太陽能電池的成本還較高，要達到足夠的功率，需要相當大的面積放置電池。光熱轉換即靠各種集熱器把太陽能收集起來，用收集到的熱能為人類服務。
4.硅太陽能電池的功用特點
硅半導體類太陽能電池是使用的最早、最為廣泛的一類太陽能電池。可分為下列主要的類型。
單晶硅太陽能電池是當前開發得最快的一種太陽能電池，它的結構和生產工藝已定型，產品已廣泛用于空間和地面。大部分單晶硅的4個角落都會有空隙，從外觀上很容易分辨。單晶硅太陽能電池以高純度的單晶硅棒為原料，純度要求達到99.999%，制作時將單晶硅棒切成片，一般每片厚度約為0.3mm。硅片經過拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太陽能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管制成的高溫擴散爐中進行，這樣就在硅片上形成PN結。然后采用絲網印刷法，將配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經過燒結，同時制成背電極，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。制成單晶硅太陽能電池的單體片經過抽查檢驗，即可按所需要的規格采用串聯和并聯的方法構成有一定輸出電壓和電流能力的太陽能電池組件，最后用框架和密封材料進行封裝。根據系統設計，可將太陽能電池組件分成各種大小不同的太陽能電池方陣，亦稱太陽能電池陣列。單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為17%左右，最高的達到24%，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，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脂進行封裝，因此其堅固耐用，目前廠商一般都提供25年的質量保證。
單晶硅太陽能電池組件是當前發展最快的一種太陽能電池，它的構成和生產工藝已定型，產品已廣泛用于空間和地面。這種太陽能電池以高純度的單晶硅棒為原料，單晶硅太陽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，所以制程較貴。單晶硅太陽能電池的特征如下：硅原料的儲藏豐富、密度低、材料輕其本身對環境的影響低；光電轉換效率最高，使用壽命長；發電特性穩定，約有20年的耐久性。由于在太陽光譜主區域內光吸收系數相當小，為了吸收太陽光譜電池需要100μm2厚度的硅，因此使用的硅材料多、價格高。在太陽能光譜的主區域上，光吸收系數只有10000cm，相當小。為了增強太陽能光譜吸收性能，需要100um厚的硅片。目前單晶硅太陽能電池的研發課題是降低成本和提升效率。單晶硅太陽能電池的轉換效率為15%～17%，而太陽能電池組件的轉換效率為12%～15%。太陽能電池組件的轉換效率是以該組件中轉換效率最低的太陽能電池的轉換效率為基準，而不是取太陽能電池的平均轉換效率。
多晶硅太陽能電池的生產需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝復雜，電耗很大，在太陽能電池生產總成本中已超二分之一。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀，切片制作太陽能電池也是圓片，組成太陽能組件平面利用率低。目前太陽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硅材料熔化澆鑄而成。其工藝過程是選擇電阻率為100～300歐姆·厘米的多晶塊料或單晶硅頭尾料經破碎，用1：5的氫氟酸和硝酸混臺液進行適當的腐蝕，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，在真空狀態中加熱熔化。熔化后應保溫約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能電池片，可提高材制利用率和方便組裝。多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池差不多，其光電轉換效率約12％左右，稍低于單晶硅太陽能電池。但是材料制造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大規模生產。多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約15%左右。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大力發展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。多晶硅太陽能電池的原材料豐富制造較為容易，成本低，使用量已經超過了單晶硅太陽能電池；光電轉換效率較高，使用壽命長；存在著電池結晶結構較差的問題，應當在提高其性能的穩定性上作進一步的研究。單晶硅太陽能電池雖有其優點，但因價格高，在低價市場上的發展受到阻礙。而多晶硅太陽能電池則首先是降低成本，其次才是提高效率。多晶硅太陽能電池與單晶硅電池雖然結晶構造不一樣，但光伏原理一樣。
非晶硅太陽能電池是1976年出現的新型薄膜式太陽能電池，它與單晶硅和多晶硅太陽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。它的主要優點是在弱光條件也能發電。非晶硅太陽能電池的原子排列呈現無規則的狀態，并且存在著早期的劣化特性，制造工藝簡單、易于大批量的生產；使用壽命長，使用的硅量較小，一般厚度為數微米，可以制成薄形的結構便于在特殊的場合使用。但非晶硅太陽能電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，目前國際先進水平為10%左右，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率會衰減。這就需要進一步提高光電的轉換效率解決電池存在的早期劣化等問題。
非晶硅太陽能電池的結構有很多不同方式，其中有一種較好的結構叫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，在生產中構成連續程序，以實現大批量生產。同時，非晶硅太陽能電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，在一個平面上，用適當的掩模工藝，一次制作多個串聯電池，以獲得較高的電壓。普通晶體硅太陽能電池單個只有0.5V左右的電壓，現在日本生產的非晶硅串聯太陽能電池可達2.4V。目前非晶硅太陽能電池存在的問題是光電轉換效率偏低，國際先進水平為10％左右，且不夠穩定，常有轉換效率下降的現象，所以尚未大量用于大型太陽能電源，而多半用于弱光電源，如袖珍式電子計算器、電子鐘表及復印機等方面。估計效率衰降問題克服后，非晶硅太陽能電池將促進太陽能利用的大發展，因為它成本低，重量輕，應用更為方便，它可以與房屋的屋面結合構成住戶的獨立電源。
5.多元化合物太陽能電池的
功用特點及發展趨勢
除了常用的單晶、多晶、非晶硅電池之外，多元化合物太陽能電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽能電池。現在各國研究的品種繁多，大多數尚未工業化生產，主要有以下幾種：
硫化鎘太陽能電池是以硫化鎘為基體材料的太陽能電池，早在1954年雷諾茲就發現了硫化鎘具有光生伏打效應。1960年采用真空蒸鍍法制得硫化鎘太陽能電池，光電轉換效率為3.5%。到1964年美國制成的硫化鎘太陽能電池，光電轉換效率提高到4％～6％。后來歐洲掀起了硫化鎘太陽能電池的研制，把光電效率提高到9％，但是仍無法與多晶硅太陽能電池競爭。不過人們始終沒有放棄它，除了研究燒結型的塊狀硫化鎘太陽能電池外，更著重研究薄膜型硫化鎘太陽能電池。
砷化鎵太陽能電池中砷化鎵的禁帶較硅寬，使得它的光譜響應性和空間太陽光譜匹配能力較硅好。砷化鎵是一種很理想的太陽能電池材料，它與太陽光譜的匹配較適合，且能耐高溫，在250℃的條件下，光電轉換性能仍很良好，其最高光電轉換效率約30％，特別適合做高溫聚光太陽能電池。由于鎵比較稀缺，砷有毒，制造成本高，此種太陽能電池的發展受到影響。常規上，砷化鎵電池的耐溫性要好于硅光電池。有實驗數據表明，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℃就已經無法正常運行。砷化鎵較硅質在物理性質上要更脆，這一點使得其加工時比硅容易碎裂，目前常把其制成薄膜并使用襯底，來對抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術的復雜度。砷化鎵III-V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉換效率受到人們的普遍重視。GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，其能隙為1.4eV，正好為高吸收率太陽光的值，與太陽光譜的匹配較適合，且能耐高溫，特別適合做高溫聚光太陽能電池。
常用薄膜電池轉化率較低，因此新型的高倍聚光電池系統受到研究者的重視。聚光太陽能電池是用凸透鏡或拋物面鏡把太陽光聚焦到幾倍、幾十倍，或幾百倍甚至上千倍，然后投射到太陽能電池上。這時太陽能電池可能產生出相應倍數的電功率。它們具有轉化率高，電池占地面積小和耗材少的優點。高倍聚光電池具有代表性的是砷化鎵（GaAs）太陽能電池。GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，其能隙與太陽光譜的匹配較適合，且能耐高溫。與硅太陽能電池相比，GaAs太陽能電池具有較好的性能。
銅銦硒太陽能電池是以銅、銦、硒三元化合物半導體為基本材料制成的太陽能電池。它是一種多晶薄膜結構，一般采用真空鍍膜、電沉積、電泳法或化學氣相沉積法等工藝來制備，材料消耗少，成本低，性能穩定，光電轉換效率在10％以上。因此這是一種可與非晶硅薄膜太陽能電池相競爭的新型太陽能電池。銅銦硒CIC材料適于太陽光的光電轉換，另外，CIS薄膜太陽能電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的關注。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％的轉換效率發展到目前的15％左右。日本松下電氣工業公司開發的摻鎵CIS電池，其光電轉換效率為15.3％。1995年美國可再生能源研究室研制出轉換效率為17.l％的CIS太陽能電池，這是迄今為止世界上該電池的最高轉換效率。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發展又必然受到限制。近來還發展用銅銦硒薄膜加在非晶硅薄膜之上，組成疊層太陽能電池，借此提高太陽能電池的效率，并克服非晶硅光電效率的衰降。
目前市場上量產的單晶與多晶硅的太陽能電池平均效率約在15%上下，為了提煉晶硅原料，需要花費極高的能源，所以嚴格地說，現今的晶硅太陽能電池，也是某種形式的浪費能源。而砷化鎵太陽能電池，由于原料取得不需使用太多能源，而且光電轉換效率高達38%以上，比傳統晶硅原料高出許多，符合修改后的京都議定書規范，估計未來將成市場主流。
采用砷化鎵薄膜電池聚光跟蹤發電系統即所謂HCPV系統，卻能實現光熱與光伏的綜合利用，并充分降低生產成本、提高轉換效率，為光伏產業更大發展開辟新的市場空間。此外，還可以通過疊層技術做成多結砷化鎵基電池，以進一步提高轉換效率。但是，由于砷化鎵基材料價格昂貴，砷化鎵薄膜電池目前只在航天等特殊領域應用，離地面應用的商業化運行還有很大距離。為了降低光伏電池的發電成本，可采取的有效途徑之一就是研發和應用砷化鎵薄膜電池聚光發電系統。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，來代替部分昂貴的砷化鎵薄膜電池。在光伏發電產業中，單晶硅和多晶硅等硅基光伏電池幾乎占到全部產量的94%以上。由于近年太陽能級硅材料供不應求，且持續大幅度漲價，在一定程度上制約了硅基光伏電池的發展。因此，如何提高光伏電池的轉換效率和降低光伏電池的生產成本，成為目前光伏產業必須研究和解決的核心問題。
1產品簡介
帶腔體的光電封裝件及其生產方法是華天科技股份有限公司已申請受理的專利產品。
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，縮短了產周期，結構簡單合理，體積小，敏度高，干擾能力強，產效率高，應用于各種電子設備、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、引線框架內引腳、引線框架外引腳、塑封體、粘片膠、光電IC芯片。
該技術的生產流程如圖1所示。
帶腔體的光電封裝件剖面結構示意圖如圖2所示。
2創新性和先進性
本項目是原始創新,具有自主知識產權。
1）塑封外腔體制作
將引線框架傳送到塑封模具中，通過塑封在引線框架的外引腳上方形成一個帶有內臺階的塑封外腔體，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粘接材料粘接光電IC芯片，光電IC芯片焊盤（PAD）通過鍵合線與引線框架內引腳相連，構成電路的信號和電流通道，引線框架外引腳上塑封帶有內臺階的環形外腔體，外腔體覆蓋引線框架外引腳、以及內引腳和引線框架載體之間的空隙，形成電路的整體，外腔體的內臺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引腳之間由塑封體連接，為了防止電磁感應，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方法：
腔體制作，上芯、壓焊、同第一種方法，壓焊后，通過上芯機在腔體內的芯片和鍵合線表面全部點上
透明膠，透明膠的高度同外腔體，基本上與外腔體持平。點膠后全部進行烘烤，烘烤溫度為150℃～175℃，烘烤時間為2～3小時，具體時間根據腔體高度和透明膠型號確定。
3）創新性
產品結構簡單合理，無的外引腳，無共面性缺陷，芯片封裝成品率和成品器件裝機合格率高；采用的生產方法不需要切中筋和成形工序，提高了材料利用率和生產效率，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、可靠性高等顯著特點，廣泛應用于便攜式產品，如數據通訊、數碼相機、自動化等領域。
主要創新點為：
1）塑封外腔體制作；
2）塑封外腔體上芯技術；
3）塑封外腔體金絲鍵合技術；
4）塑封外腔體粘接玻璃蓋板（或其它材料）技術；
5）切割入盤技術。
本產品的開發總結出了一套適合于帶腔體的光電封裝的工藝文件；開發了具有自主知識產權的帶腔體的光電封裝和集成壓力傳感器產品。本產品是我公司的專利產品，目前國內只有我公司生產該產品。
國家知識產權局已受理本產品技術的專利申請。
【關鍵詞】物料跟蹤；自動采集；無線傳輸
引言
企業生產需要做好信息流的管理。原材料信息的是生產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，對穩定現場生產，控制制造成本，確保產品質量均具有重要意義。
無線傳輸技術日趨成熟，在各行業均有應用。使用無線傳輸技術可解決生產現場因空間限制不能鋪設電纜，導致有線信號不能傳輸的問題。
1.轉爐廢鋼槽裝槽工藝
某煉鋼廠150噸轉爐生產，每爐需高爐鐵水約135噸，各類廢鋼及其他原材料約25噸。轉爐廢鋼裝槽使用廢鋼車車載式稱量系統稱量。空槽在轉爐渣跨、廢鋼跨使用磁盤吊或抓斗分批次將相關物料加入廢鋼槽中。當稱量到達預計重量后，廢鋼車將廢鋼槽從渣跨、廢鋼跨向東行駛，開往加料跨。廢鋼車在加料跨停車后，由加料跨的50+50吊車將廢鋼槽吊起，將槽內物料加入轉爐冶煉。
該煉鋼廠廢鋼及相關原材料主要依靠汽車運輸、火車車皮倒運等方式進入現場，分區域堆放在該廠的轉爐渣跨和廢鋼跨。相關物料種類繁多，有生鐵塊、統廢、重廢、渣鋼、豆鋼和板廢等十余種。相關存放如下圖圖1物料存放區域示意圖所示：
圖1 物料存放區域示意圖
其他煉鋼廠廢鋼裝槽工藝與該廠有所不同。有的煉鋼廠有專門的廢鋼分類處理工序，可將零散廢鋼壓緊打包；有的煉鋼廠廢鋼槽裝槽使用天車磁盤稱量，可對每一吊的吊物料進行稱量。以上兩種裝入方式在廢鋼種類控制、重量統計方面都較為規范。該廠廢鋼槽裝槽方式相比其他鋼廠，無論在廢鋼等不同物料的區分統計上，還是在廢鋼等物料的重量記錄上都有諸多不便。而廢鋼及相關物料相關信息的統計管理直接影響該煉鋼廠鋼鐵料成本的控制，需進一步完善。
2.物料跟蹤系統
2.1物料信息采集
為規范每爐廢鋼實際裝槽情況，該廠設計并安裝了一套廢鋼物料跟蹤系統，用于自動統計廢鋼裝槽實際情況。
在爐渣跨與廢鋼跨共用的吊車走臺安裝1套S7-300 PLC控制柜作為下位機，通過以太網與廢鋼操作室內作為上位機的工控機進行通訊。以廢鋼1、2號車為中心線，分別在其每跨的吊車走臺上分別向南、北兩側安裝光電感應開關。一個光電開關代表一個物料區域。相關代表物料區域的光電開關信號被接入S7-300PLC。
因吊車吊運物料是由廢鋼車位置為起點，分別往南、北方向去各物料堆放地進行物料吊運。故廢鋼車軌道往南安裝的光電開關應靠物料區域北側安裝；廢鋼車軌道往北安裝的光電開關應靠物料區域南側安裝。
參見下圖圖2光電開關安裝示意圖所示（表示光電開關）：
圖2 光電開關安裝示意圖
以上圖圖2為例，吊車從廢鋼車軌道向南行走，經過①物料區時，其①物料區北側的光電開關感應到信號傳給PLC，該信號激活并在程序中置位，自動認定為①物料；當吊車繼續行走到②物料區時，其②物料區北側的光電開關感應到信號傳給PLC，該信號激活并在程序中置位，自動認定為②物料，同時將①物料置位信號清零。即依次類推。
以廢鋼車軌道上方為起點，向南行駛，其越靠南邊的光電開關優先級越高。當越靠南邊的光電開關感應信號后，其臨近的靠北側光電開關信號被清零。同理，以廢鋼車軌道上方為起點，向北行駛，其越靠北邊的物料優先級越高，當越靠北邊的光電開關來了后，其臨近的靠南側光電開關信號被清零。
該功能只有以廢鋼車軌道上方為起點，分別向南、向北開時才起作用。當最終的光電開關信號到來后30秒，未被更高級別光電開關清零，則該物料信息被記錄。
為方便物料調整，物料信息統一按代碼設定。如101代表生鐵，102代表統廢，依次類推。各光電開關對應的物料代碼可通過工程師站/或HMI管理員權限在PLC程序中設定。
2.2重量信息采集
當廢鋼車在渣跨或廢鋼跨開始裝槽時，其初始（或上一次）重量能被PLC記錄，并存儲到PLC的DB塊中。
在1號廢鋼車、2號廢鋼車對應中心線的吊車走臺各裝一個光電開關，代表裝槽位。相關代表槽位的光電開關信號被接入PLC300下位機。當物料被磁盤吸吊后，磁盤吊將其吊運至對應廢鋼車的廢鋼槽上方。此時裝槽位信號感應到信號，當該信號持續保持5秒，則裝槽位信號被激活。
當裝槽位信號被激活，且對應廢鋼車稱量信號發生變化時（≥200KG），延遲3秒后，PLC記錄新物料加入后的總重量。將新采集的重量數據減去之前存儲的初始（或上次）重量數據得出新加入的物料單重。單次裝槽的單重信息被保存下來
當有一槽已裝好的廢鋼槽被吊走，廢鋼車車載稱重數據將減少15噸以上。當廢鋼稱重突然遞減15噸，則認為廢鋼槽已調走，相關物料信息、各單重信息、總重數據等信息被上傳至二級數據庫，同時將總重量清零。
2.3無線傳輸技術運用
此物料跟蹤系統有個關鍵技術環節需解決：如從廢鋼車上方開始出發，先往北開，激活了一個物料信號，但尚未吊物料。此后再往回向南開回來一個物料區進行吊物料作業，則物料跟蹤系統不能正確判別，系統依舊會認定為吊車此次吊運的是剛才經過的最北頭的物料代碼。同一跨的吊車因物料裝入的比例不同，經常會出現讓車作業，故導致物料信息判別錯誤。
為此，如何區分吊車是進行讓車作業，還是物料倒運作業至關重要，將直接影響物料系統跟蹤的準確性。而吊車本身是一套獨立、完整的機電一體品。吊車與地面的聯系只有供電吊車電源的低壓滑觸線。為解決信號傳輸問題，該廠增設一套無線傳輸設備來解決同一跨兩臺吊車位置和作業的判斷問題。
選用某品牌無線開關量信號傳輸模塊。在PLC柜內安裝一個8點數字量DO輸出點的無線接收站，在爐渣跨與廢鋼跨4臺（每跨2臺）吊車上各安裝一個4點數字量DI輸入點無線發射站。無線信號傳輸系統設備配置如下圖圖3所示
圖3 無線信號傳輸系統配置圖
通過各子站的無線信號傳輸DI模塊分別采集磁盤吊主接觸器吸合信號和磁盤主卷揚上升信號。各子站信號通過無線傳輸方式，發送給無線信號傳輸到DO模塊主站。無線信號傳輸DO模塊接收到信號后，再將接收到的各吊車信號通過硬接線方式發送給S7-300PLC。當以上兩個信號激活時，可以認定吊車在此物料區間進行物料吊運作業；反之，可判斷為天車在進行讓車作業或其他作業，不需對其物料信息進行記錄。另外，還可采集天車大車走行正反轉信號作為向南、向北方向行走的判別信號，可協助物料吊運區域的正確判別。
將以上信號的組合使用，分別作為吊車吊運物料的連鎖信號，可準確區分同一跨的兩臺吊車是在進行讓車作業，還是在進行吊運物料作業，有效解決了因吊車讓車導致的物料信息紊亂的問題。
3.實施效果
項目通過無線傳輸信號的使用，成功解決了吊車作業情況的判別問題，經實際使用測試，使用情況良好。經過一系列改進完善措施的實施，該廠建立了廢鋼槽裝槽物料跟蹤系統。該系統自動化程度高，一方面可對轉爐渣跨、廢鋼跨天車每一吊吊物的物料種類、物料重量進行自動記錄，準確掌握每槽廢鋼槽的裝槽信息，為轉爐冶煉提供依據；另一方面，可將轉爐渣跨、廢鋼跨的各類物料的消耗情況按每日、每周、每月為周期進行統計，便于及時掌握各類物料的消耗情況，完善了該煉鋼廠鋼鐵料消耗信息流的管理。
關鍵詞:光電子 產業動態 現狀
中圖分類號:TN16 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0007-02
光電子技術不僅全面繼承兼容電子技術,而且具有微電子無法比擬的優越性能和更廣闊的應用范圍。科學家預言,2010年至2015年,光電子產業可能會取代傳統電子產業,成為21世紀最大的產業,成為衡量一個國家經濟發展和綜合國力的重要標志[1]。為此,各國都采取措施,加快發展光電子產業。美、日、德、韓、法等國競相將光電子技術引入國家發展計劃,形成了全方位的競爭格局。我國也出臺了相應的政策,支持光電子產業發展。
光電子產業按功能可分為光通信、激光及紅外光電、光電顯示、半導體照明及光伏、光學及光學元器件等領域。本文分別對光電子五大領域的技術和市場現狀進行分析,比較了國內外的產業發展情況。
1 光通信
光通信主要包括光纖傳輸系統與設備、光通信元器件、光通信測試儀器。自其誕生以來,就一直受到國際產業界和政府部門的廣泛關注。2009年10月6日,素有“光纖之父”之稱的華裔科學家高錕以其在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”取得的突破性成就榮獲2009年諾貝爾物理學獎。
光通信的研發主要集中在亞太地區(中國、日本、韓國)、美國和歐盟[2]。隨著美國、歐盟等國家和地區高速互聯網絡和無線寬帶網絡建設計劃的實施,全球光通訊行業發展更加迅猛。據報告預計,到2015年,光網絡市場規模將到達200億美元,同期復合年增長率為5%。
中國已形成較完整的光纖通信產業體系,涵蓋光纖、光傳輸設備、光源與探測器件、光電器件等領域,國內市場所需的光通信產品80%以上實現了本地化生產。來自我國通信電纜光纜專業委員會的統計數據顯示,2011年,我國光纖需求量為1.2億芯公里,預計2012年將達到1.4億芯公里。光纜產量達到8000萬芯公里(保守估計),光纖產量達到近1億芯公里,我國的光纖光纜及材料產業將保持高速發展的勢頭。
近來,國家發改委聯手工信部啟動了“寬帶中國戰略”研究工作,提出到2012年,新增光纖到戶(FTTH)覆蓋家庭超過3500萬戶,使用4M及以上寬帶接入產品的用戶超過50%,新增固定寬帶接入互聯網家庭超過2000萬戶。光通信市場因此呈現出井噴態勢。中國聯通計劃年內投資1000億元人民幣用于3G網絡、光纖寬帶等建設,預計其中約20%將用于寬帶投資。有報告預計,今年三大運營商FTTH端口數將達到8000萬個,國內ODN設備市場在未來3～5年內將達到100億元市場規模。
2 激光及紅外光電
激光及紅外光電主要包括激光加工設備、激光器及激光應用、紅外光電傳感測試和成像設備及儀器、醫用激光技術設備等。
美國、德國、日本等發達國家在激光研究及應用領域發展迅猛。在技術方面,日本的光電子技術占首位;德國的激光材料加工設備占首位;美國的激光醫療及激光檢測技術占首位。目前,國外激光行業正向多元化、專業化、有限多元化、系統集成的方向發展。
由于受到全球金融危機的影響,2009年,全球激光應用系統銷售收入約為97.5億美元,同比下降了24.8%。其中,激光器銷售收入55.5億美元。而中國激光市場仍然保持15.1%的增長,突破了100億元規模,成為全球激光市場中的一股新興力量。我國激光產業主要集中在武漢、深圳、上海、北京等地。
紅外及微光成像系統幾乎從一誕生就以其強大的技術優勢逐步占領了世界軍用和商用市場,其在生產加工、天文、醫學、法律及消防等方面都得到了廣泛的應用。軍事和科學應用是紅外傳感器的第一市場,其高速發展對紅外產品的圖像清晰度、拍攝距離、聚焦效果不斷提出新的要求。而商業市場則要求紅外探測能夠實現監視能力強、跟蹤與報道快速有效和存儲等功能,為紅外技術和熱成像開辟了強有力的第二市場。在商業領域,紅外成像技術可應用于建筑物熱損失檢測、電氣元件故障預測、電子系統測試、生產過程監控及生產中的臨界溫度控制等。目前,全球的紅外市場已經達到了50億美元,在中國市場,每個月銷售的“近紅外”或“主動紅外”攝像機數量超過了一萬套,成為世界上最大的安防市場。
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)、大屏幕投影顯示設備(投影管、HTPS-TFT-LCD、DLP-DMD、LCOS)、顯示技術及檢測設備等。它集成了微電子技術、光電子技術、材料技術、制造裝備技術、半導體工程技術等多項技術,廣泛用于信息、醫療、航空航天等各種電子終端產品。
