太阳能路灯

如图甲所示是某路道两边的太阳能路灯，它由太阳能电池板、控制器、24V的蓄电池组、LED发光二极管、灯杆及灯具外壳组成，它的结构示意图如图乙，工作时能量流程图如图丙。该灯杆顶端是太阳能电池板，白天光线强时，太阳能电池板为蓄电池充电，夜晚光线弱时，蓄电池为LED灯供电照明。

太阳能电池板的主要材料是晶体硅，它的基本原理是光电效应。光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面的现象，只有入射光的频率高于一定值时，才能激发电子逸出物质表面；内光电效应是指被光激发所产生的电荷仍在物质内部运动，但使物质的导电能力发生变化或在物体两端产生电压的现象。

LED发光二极管是一种半导体器件，它具有工作电压低（2~4V）、耗能少、寿命长、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等优点．它与普通的白炽灯发光原理不同，是把电能直接转化为光能，因而其发光效率较高，是新一代固体冷光源，将逐步取代传统光源。

（1）乙图中，当白天光线强时，S与接通（选填“b”或“c”），太阳能电池板是利用（选填“内”或“外”）光电效应工作的。

（2）LED灯主要由（选填“导体”、“半导体”或“超导体”）材料制成，可以把电能直接转化成 能。它之所以节能，被称为冷光源，是因为电热转换损耗的能量较白炽灯（选填“高”或“低”）。

（3）为使LED发光二极管正常工作，应将几个LED发光二极管（选填“串联”或“并联”）才能安全使用。

半导体材料的应用

自然界的物质和材料千千万万，如果按导电能力划分，可以将所有的物质分为导体、半导体和绝缘体三种。其中半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其电阻率在1mΩ•cm~1GΩ•cm之间（电阻率：某种物质所制成的元件（常温下20℃）的电阻与横截面积的乘积与长度的比值）。半导体材料在生产生活中的应用极大地提高了生产效率，降低了生产成本。同时促进了工业、农业、商业、科技、教育、卫生以及生物工程、航空航天等各个领域的全面发展。

半导体材料的光生伏特效应是太阳能电池运行的基本原理。判断太阳能电池优劣的主要标准是光电转化率，光电转化率越高，说明太阳能电池的工作效率越高。根据应用的半导体材料的不同，太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池以及III-V族化合物电池。晶体硅太阳能电池主要用到的半导体材料是晶体硅，它是目前世界上半导体材料在光伏产业中最成熟的主导产品。薄膜电池相比于晶体硅更能降低生产成本，其中非晶硅（a-Si）电池是最早实现商品化的薄膜电池。III-V族化合物电池的抗辐射性能好，转化效率高，这种太阳能电池主要用到GaAs材料。

LED是建立在半导体晶体管上的半导体发光二极管，采用LED技术的半导体光源体积小，可以实现平面封装，工作时发热量低、节能高效，产品寿命长、反应速度快，而且绿色环保无污染，还能开发成轻薄短小的产品，一经问世，就迅速普及，成为新一代的优质照明光源，目前已经广泛地运用在如交通指示灯、电子产品的背光源、城市夜景美化光源、室内照明等各个领域。

SiC击穿电压强度高，禁带宽度宽，热导性高，因此SiC半导体器件十分适合应用在功率密度和开关频率高的场合，电源转换装置就是其中之一。另外，SiC元件在高温、高压、高频条件下的优异表现使其现在被广泛使用到深井钻探，发电装置中的逆变器、电气混动汽车的能量转化器、轻轨列车牵引动力转换等领域。由于SiC本身的优势以及现阶段行业对于轻量化、高转换效率的半导体材料的需要，SiC有望取代Si，成为应用最广泛的半导体材料。