范文一：光电传感器_光电池

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高　 新　 技　 术

随着全球温室效应现象、空气污染日 趋严重, 再加上人们对于能源依赖性增加, 使得能源界必须寻找另一项具有干净环保 又永不耗尽的新能源, 以供应人们的迫切 需求。太阳能作为新能源供应来源最受到 关注, 同时随着经济和军事领域的高科技 化程度越来越高, 社会对光电子产品和技 术的需求也不断增长, 光电子产业也渐渐 成为当今发展速度最快和最有前途的朝阳 产业之一。在此, 我们探讨的主要是关于 光电池方面的原理和应用的有关问题。

1　 光电传感器

光电传感器是将被测量的变化通过光 信 号 变 化 转 换 成 电 信 号 的 传 感 器 , 具有这 种 功 能 的 材 料 称 为 光 敏 材 料 , 做 成 的 器 件 则称光敏器件。而光敏元件和光传感器是 光 电 元 件 中 的 核 心 元 件 , 是光电系统的重 要 组 成 部 分, 主 要 包 括 光 敏 材 料 制 作 的 探 测器件, 光电二极管和光电倍增管, 利用内 光 电 效 应 的 光 导 管, 以 及 应 用 光 生 电 势 效 应的光敏二极管、光敏三极管、光电池等。

光电传感器的的物理基础就是光电效 应。光电效应包括外光电效应和内光电效应。

外光电效应:在光线作用下, 电子逸出 物体表面向外发射称外光电效应。即为经 典归纳的爱因斯坦光电效应方程。

内光电效应:当光照射在物体上, 使物 体的电阻率 1/R 发生变化, 或产生光电动 势的效应叫做内光电效应。内光电效应又 可 以 分 为 以 下 两 类 :1. 1光电导效应

半 导 体 材 料 受 光 照 时 , 材 料 的 电 导 率 增大, 这种现象称为光电导效应。这种效 应几乎所有高电阻率的半导体都有, 这是 由于在入射光线作用下, 电子吸收光子能 量, 电子从价带被激发到导带上, 过渡到自 由 状 态 。 同 时 价 带 也

因 此 形 成 自 由 空 穴 ,

使导带的电子和价带的空穴浓度增大, 引 起电阻率减少。为使电子从价带激发到导 带, 入射光子的能量 E 0应大于禁带宽度 E g 。 基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。 1. 2光生伏特效应

光生伏特效应是半导体材料吸收光能 后, 在 P N 结上产生电动势的效应。为什么 P N 结会因光照产生光生伏特效应呢?有 下 面 两 种 情 况 :

不加偏压的 P N 结:当光照射在 P N 结 时, 如果电子能量大于半导体禁带宽度(E 0>E g ) , 可激发出电子 -空穴对,

在 P

N 结内 电场作用下空穴移向 P 区, 电子移向 N 区, 使 P 区和 N 区之间产生电压, 这个电压就 是光生伏特效应产生的光生电动势。基于 这种效应的器件有光电池。

　　图 2　 PN

结因光照产生电动势

处于反偏的 P N 结:无光照时 P 区电子

和 N 区空穴很少, 反向电阻很大, 反向电流 很小; 当有光照时, 光子能量足够大, 产生 光生电子 -空穴对, 在 P N 结电场作用下, 电子移向 N 区, 空穴移向 P 区, 形成光电 流, 电流方向与反向电流一致。具有这种 性能的器件有:光敏二极管、光敏晶体管, 从原理上讲, 不加偏压的光电二极管就是 光电池。当 P N 结两端通过负载构成闭合 回路时, 就会有电流沿着由经外电路到的 方向流动。只要辐射光不停止, 这个电流 就不会消失。这就是 P N 结被光照射时产 生光生电动势和光电流的机理。

　　　　图 3　 　 PN 结加反向偏压

光 生 伏 特 效 应 的 两 点 小 结 :

⑴ P N 结产生光生伏特的条件是:h v ⑵光生伏特的大小与照射光的强度成 正 比 。

2　 光电池的原理

光电池是在光线照射下, 直接将光量转 变 为 电 动 势 的 光 学 元 件, 它的工作原理是 光生伏特效应。简称光伏效应。 (光生伏特 效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体 中 光 生 电 子 和 空 穴 , 并 在 空 间 分 开 而 产 生 电位差的现象。即将光能转化成电能) 在有 光线作用时 P N 结就相当于一个电压源。 2. 1物理原理

2. 1. 1材料 (1) N 型光电导体, 多子是电子, 少子是 空穴。主要是光子激发施主能级中的电子 跃迁到导带中去, 电子为主要载流子, 增加 了 自 由 电 子 的 浓 度 。

(2) P 型光电导体, 多子是空穴, 少子是 电子。主要是光子激发价带中的电子跃迁 到受主能级, 与受主能级中的空穴复合, 而 在 价 带 中 留 有 空 穴 , 作 为 主 要 载 流 子 参 加 导电。增加了空穴的浓度。

2. 2. 2光伏效应 (1) P N 结存在一个由 N 指向 P 的内建电 场, 热平衡时, 多数载流子的扩散和少数载 流子的漂移作用相抵消, 没有电流通过 P N 结 。

(2) 当有光照射 P N 结时, 样品对光子的 本征和非本征吸收都将产生载流子, 但是, 由于 P 区和 N 区的多数载流子都被势垒阻 挡而不能穿过 P N 结, 因而只有本征吸收所 激发的少数载流子才能引起光伏效应:

(3) 当 有 光 照 射 时 , 光 线 足 以 透 过 P 型 半 导 体 入 射 到 P N 结 。 对 于 能 量 大 于 材 料 禁 带 宽 度 的 光 子 ,由 于 本 征 吸 收 , 就 可 激 发 出 电 子 、 空 穴 、 以 及 电 子 — — 空 穴 对 对 。 P 区 的 光 生 电 子 和 N 区 的 光 生 空 穴 以 及 结 合 的 电 子 — — 孔 穴 对 扩 散 到 结 电 场 附 近 时 , 在 内 建 电 场 的 作 用 下 漂 移 过 结 , 电 子 — — 空 穴 对

被

阻 挡 层 的 内 建 电 场 分 开 , 光 生 电 子 和 孔 穴 被 分 别 拉 到 N 区 和 P 区 , 从 而 在 阻 挡 层 两 侧

光电传感器

　　　　　　——光电池

陈中儒

(浙江财经学院　　浙江杭州　 　 310018)

摘　 要:自 19世纪“光伏效应

关技术才逐渐成熟, 使太阳光电池的制造变为可能。本文主要从介绍光电传感器入手, 分析了光电池的基本原理和特性, 并描述了光电 池的应用前景。

关键词 :光电传感器　　光电效应　　PN 结　　光电池　　太阳能 中图分类号 :TP212.14文献标识码 :A 文章编号 :1672-3791(2008)02(c)-0006-02

　　　　　　　图 1　 光电导效应

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高　 新　 技　 术

形 成 电 荷 的 堆 积 , 产 生 内 建 电 场 的 光 生

电 场 , 使 得 内 建 电 场 的 势 垒 降 低 , 降 低 量 等 于 光 生 电 势 差 。 光 生 电 势 差 所 产 生 的 光 生

电

流

I p 方 向 和

结

电 流 的 方 向 相 反 , 而 与 P — N 结 反 向 饱 和 电 流 I o 同 向。而且 I p >I o 。 2. 2结构原理

光电池实质是一个大面积 P N 结, 结构 如图 4所示, 上电极为栅状受光电极, 栅状 电极下涂有抗反射膜, 用以增加透光, 减小 反射, 下电极是一层衬底铝。当光照射 P N 结的一个面时, 电子空穴对迅速扩散, 在结 电场作用下建立一个与光照强度有关的电 动势, 一般可产生 0. 2V ~0. 6V 电压, 50m A 电 流 。

图 4　光电池结构

图　

5　

光电池工作原理图

图 6　光电池符号

3　 主要特性

3. 1光谱特性

光 电 池 对 不 同 波 长 的 光 灵 敏 度 不 同 , 图 7为硅光电池和硒光电池的光谱特性曲 线。由图可见, 不同材料的光电池, 光谱响 应的最大灵敏度峰值所对应的入射波长不 同, 硅光电池的光谱响应峰值在 0. 8μm 附 近, 波长范围(0. 4~1. 2) μm , 硒光电池光谱 响应峰值在 0. 5μm 附近,

波长范围(

. 38

~

0. 75) μm 。硅光电池可以在很宽的波长范 围内应用。

图 7　光电池光谱特性图

3. 2光照特性

光电池在不同的光强度照射下可以产 生不同的光电流和光生电动势。图 8显示 的便是光电池的光照特性曲线。从图中我 们可以看到, 短路电流在很大范围内与光 照度成线性关系, 而开路电压与光照度关 系是非线性关系, 在照度位 2000l x 下趋于 饱 和 。 因 此 光 电 池 作 为 测 量 元 件 使 用

时

, 一般不作电压源使用, 而作为电流源的形 式应用。

所谓的短路电流是指, 外接负载 R L 相 对内阻很小时的光电流, 实验证明:负载电 阻 R L 越小, 光电流与光照强度之间的线性 关系越好, 线性范围越宽。总之, 负载电阻 越小越好。

图 8光电池光照特性

图 9　光电池光照与负载的关系

3. 3频率特性

频率特性指光电池相对输出电流与光 的调制频率之间关系。从图 10中得知, 硅、 硒光电池的频率特性不同, 硅光电池有较 好的频率响应, 硒光电池较差。在一些测 量系统中, 光电池作为接受器件, 测量调制 光(明暗变化) 的输入信号, 所以高速计数器 的 转 换 一 般 采 用 硅 光 电 池 作 为 传 感 器 元 件。这也是硅光电池在所有光电元件中最 为 突 出 的 有 优 点 。

图 10　硅、硒光电池的频率特性]

4　 光电池的应用与发展

在全球能源形势紧张、全球气候变暖

严 重 威 胁 经 济 发 展 和 人 们 生 活 健 康 的 今 天, 世界各国都在寻求新的能源替代战略, 以求得可持续发展和在日后的发展中获取 优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安 全等显著优势, 成为关注重点。因而对于 光电池来说还有较大的成长空间。

照射在地球上的太阳能非常巨大, 大约

40分钟照射在地球上的太阳能, 便足以供全 球人类一年的能量消费。可以说, 太阳能是 真正取之不尽, 用之不竭的能源。而且太阳 能发电绝对干净, 不产生公害。所以太阳能 发电被誉为最理想的能源。从太阳能获得 电力, 需通过太阳能电池进行光电变换来实 现 。

要 使 太 阳 能 发 电 真 正 达 到 实 用 水 平 , 一是要提高太阳能光电变换效率并降低成 本; 二是要实现太阳能发电同现在的电网 联 网 。

目前, 太 阳 能 电 池 主 要 有 单 晶 硅 、 多 晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池 变换效率最高, 已达 20%以上, 但价格也最 贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低, 但 价格最便宜, 今后最有希望用于一般发电 的将是这种电池。一旦它的大面积组件光 电变换效率达到 10%, 每瓦发电设备价格 降到1~2美元时, 便 足 已 同 现 在 的 发 电 方式竞争。

当然, 特殊用途和实验室中用的太阳电 池效率要高得多。如美国波音公司开发的 由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成 的太阳能电池, 光电变换效率可达 36%, 快 赶上了燃煤发电的效率, 但是由于它太贵, 目前只能限于在卫星上使用。

　太阳能产业是新兴的朝阳行业, 市场 前 景 十 分 的 广 阔 。 再 加 上 良 好 的 政 策 环 境、行业本身的特性, 使得太阳能产业具 有较高的投资价值和发展潜力。目前, 太 阳能产业成长性好, 所以我们要不断努力, 使其进一步发展, 为人类造福!

参考文献

[1]刘笃仁, 韩保君. 传感器原理及应用技术

[J ]. 西安电子科技大学出版社, 2003. [2]朱京平. 光电子技术基础[M ]. 科学出版

社, 2003. [3]2007年中国太阳能利用行业研究报告

[J ]. h t t p://w w w . 51r e por t . com /r e -s e a r c h /de t a i l /1210824. h t m l 　 2007-5-3. [4]王瑶. 全球太阳能电池应用前景及开发

[J ]. h t t p ://www. c h i na v a l u e . ne t /wi k i /s h o wc o nt e nt . a s p x? t i t l e i d=92080　 2007-5-3.

范文二：光电传感器——光电池

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2008NO.06SCI EN CE &TECHNOLOGY I NFORMATI ON

高 新 技 术

随 着全球温室效应现象、空气污染日 趋严重 , 再加上人们对于能源依赖性增加 , 使得能源界必须寻找另一项具有干净环保 又永不耗 尽的新能源 , 以供应人们的迫切 需求。太阳能作为新能源供应来源最受到 关注 , 同时随着经济和 军事领域的高科技 化程度越 来越高 , 社会 对光电子产品和技 术的需求 也不断增长 , 光电子产业也渐渐 成为当今发展速度最快和最有前途的朝阳 产业之一 。在此 , 我们 探讨的主要是关于 光电池方 面的原理和应用的有 关问题。

1光电传感器

光 电传感器是将被测量的变化通过光 信号变 化转换成电信号 的传感器 , 具有这 种功能的 材料称为光敏 材料 , 做成的器 件 则称光敏器件。而光敏元件和光传感器是 光电元件 中的核心元件 , 是 光电系统的重 要组成 部分 , 主要包括光 敏材料制作的探 测器件 , 光电二极管和光电倍增管 , 利用内 光电效 应的光导管 , 以及 应用光生电势效 应的光敏二极管、光敏三极管、光电池等。

光 电传感器的的物理基础就是光电效 应。光电效应包括外光电效应和内光电效应。

外光电效应 :在光线作用下 , 电子逸出 物体表面向外发射称外光电效应。即为经 典归纳的 爱因斯坦光电效应 方程。

内光电效应 :当光照射在物体上 , 使物 体的电阻率 1/R 发生变化 , 或产生光电动 势的效应叫做内光电效应。内光电效应又 可以 分为以 下两 类 :1. 1光电导效应

半 导体材料 受光照时 , 材 料的电导 率 增大 , 这种现象称为光 电导效应。这种效 应几乎所 有高电阻率的半 导体都有 , 这是 由于在入 射光线作用下 , 电子吸收光子能 量 , 电子从价带被激发到导带上 , 过渡到自 由状 态。同时 价带也 因此形 成自由空 穴 ,

使导带的电 子和价带的空穴浓 度增大 , 引 起电阻率减少。为使电子从价带激发到导 带 , 入射光子的能量 E 0应大于禁带宽度 E g 。 基于光电导效应 的光电器件有光敏电阻 。 1. 2光生伏特效应

光生伏特 效应是半导体材料吸收光能 后 , 在 P N 结上产生电动势的效应。为什么 P N 结会因光照产生光生伏特效应呢?有 下面 两种 情况 :

不加偏压的 P N 结 :当光照射在 P N 结 时 , 如果电子能量大于半导体禁带宽度 (E 0>E g ) , 可激发出电子 -空穴对 , 在 P N 结内 电场作用下空穴移向 P 区 , 电子移向 N 区 , 使 P 区和 N 区之间产生电压 , 这个电压就 是光生伏特效应产生的光生电动势。基于 这种效应的器件

有光电池。

图 2PN 结因光照产生电动 势

处于反偏的 P N 结 :无光照时 P 区电子 和 N 区空穴很少 , 反向电阻很大 , 反向电流 很小 ; 当有光照时 , 光子能量足够 大 , 产生 光生电子 -空穴对 , 在 P N 结电场作用下 , 电子移向 N 区 , 空穴移向 P 区 , 形成光电 流 , 电流 方向与反向电流一 致。具有这种 性能的器件有 :光敏二极管、光敏晶体管 , 从原理上讲 , 不加偏压的光 电二极管就是 光电池。当 P N 结两端通过负载构成闭合 回路时 , 就会有电流沿着 由经外电路到的 方向流动。只 要辐射光不停止 , 这个电流 就不会消失。这就是 P N 结被光照射时产 生光生电动势和光电

流的机理。

图 3N 结加反向偏压

光生 伏特效应 的两点小 结 :

⑴ P N 结产生光生伏特的条件是 :

hv ;

⑵光生伏 特的大小与照射光的 强度成 正比。

2光电池的原理

光电池是在光线照射下 , 直接将光量转 变为电动势的 光学元件 , 它的工作 原理是 光生伏特效应。简称光伏效应。 (光生伏特 效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体 中光生电子和空 穴 , 并在空间分开 而产生 电位差的现象。即将光能转化成电能 ) 在有 光线作用时 P N 结就相当于一个电压源。 2. 1物理原理

2. 1. 1材料

(1) N 型光电导体 , 多子是电子 , 少子是 空穴。主要是光子激发施主能级中的电子 跃迁到导带中去 , 电子为主要载流子 , 增加 了自由电子的 浓度。

(2) P 型光电导体 , 多子是空穴 , 少子是 电子。主要是光子激发价带中的电子跃迁 到受主能级 , 与受主能级中的空穴复合 , 而 在价带中留有 空穴 , 作 为主要载流 子参加 导电。增加了空穴的浓度 。

2. 2. 2光伏效应

(1)P N 结存在一个由 N 指向 P 的内建电 场 , 热平衡时 , 多数载流子的扩散和少数载 流子的漂移作用相抵消 , 没有电流通过 P N 结。

(2) 当有光照射 P N 结时 , 样品对光子的 本征和非本征吸收都将产生载流子 , 但是 , 由于 P 区和 N 区的多数载流子都被势垒阻 挡而不能穿过 P N 结 , 因而只有本征吸收所 激发的少数载流子才能引起光伏效应 :

(3) 当有 光照 射时 , 光线 足以 透 过 P 型半 导体 入射到 P N 结。 对于 能量大 于 材 料 禁 带 宽 度 的 光 子 , 由 于 本 征 吸 收 , 就可 激发 出 电子 、空 穴、 以及 电子 — — 空穴对 对。 P 区的 光生 电子和 N 区 的光 生 空 穴 以 及 结 合 的 电 子 — — 孔 穴 对 扩 散到 结 电 场附 近 时 , 在 内 建 电 场的 作 用 下漂 移 过 结 , 电 子 — —空 穴 对 被阻 挡 层 的内 建 电 场 分开 , 光 生电 子 和 孔穴 被 分 别拉 到 N 区和 区 , 从而 在阻 挡层 两侧

光 电 传 感 器

—— 光电池

陈中儒

(浙江财经学院 浙江杭州

310018)

摘 要 :自 19世纪“光伏效应

关键词 :光电传感器 光电效应 PN 结 光电池 太阳能 中图分类号 :TP212. 14文献标识码 :A 文章编号 :1672-3791(2008) 02(c) -0006-0

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图 光电导效应

C E CE ECH A P P 1

范文三：光电传感器_光电池

研 究 报 告

光电传感器——光电池

叶宏 ( 厦门国源房地产集团有限公司 福建厦门 361009)

摘 要: 能源短缺和环境污染是制约各国持续发展的两个关键问题。本文主要从介绍光电传感器入手, 分析了光伏电池的基本原理和 特性,对不同原料制造的光伏电池能量转换效率进行分析比较,展望太阳能电池的发展趋势及降低太阳能发电成本的一些方法。 关键词:光电传感器 光伏电池 能量转换效率 硅材料 中图分类号:TM914 文献标识码: , 文章编号:1674-098X(2009)09(b)-0011-03

能源是人类生存和发展的重要物质基 1.2 光电传感器 利用物质的光生伏特效应把(1)N型半导体, 多子是电子, 少子是空 础, 也是当今国际政治 、经济 、军事 、外交关 光信号转 穴 。当利用磷原子掺杂时, 因为硅里面有很 注的焦点 。当前人类获得能源的主要技术 多自由电子 , 得到 N 型硅 。与纯硅相比 ,N 换成电信号的器件称为光电传感器件 。基 于

都有碳原子的参与,产生二氧化碳排放, 带 型掺杂硅是一种性能好得多的导体。 该效应的器件有光电池和光敏二极管、 三

来大气污染 、温室效应等气候变化 。随着全 极管。 (2)P型半导体, 多子是空穴, 少子是电 球能源需求增长 , 需要寻找低碳 、无碳的 子 。当利用硼原子掺杂时, 因为硅里面有很 能源技术 , 太阳能具有取之不尽 、无污染 多自由空穴, 这样得到P型硅 。P 型硅导电2 光伏电池的原理

等优点 。太阳因内部发生着核反应 , 温度 性 能比纯硅好。 光电池是在光线照射下 , 直接将光量 7 高达 1.5 × 10K, 会辐射出大量的热能, 照 当P 型和 N 型半导体结合在一起时 , 在 转变为电动势的光学元件, 它的工作原理

射到地球上的太阳能非常巨大 , 大约 两种半导体的交界面区域里会形成一个特 是光生伏特效应, 简称光伏效应 。在有光线 [3]40min照射到地球上的太阳能就足以满足 作用时PN结就相当于一个电压源。 2.1 殊的薄层 , 界面的 P 型一侧带负电 ,N 型一 [1] 全球人类一年的能量需求。成为未来最 光生伏特效应 侧带正电 。这是由于 P 型半导体多空穴 ,N 有希望的可再生新能源——绿色能源。 型半导体多自由电子 , 出现了浓度差 。N 区 光照使不均匀半导体或均匀半导体中

的电子会扩散到P区,P区的空穴会扩散到 光电子和空穴在空间分开而产生电位差的

1 光电传感器 , 一旦扩散就形成了一个由 N 指向 P 的 N 区现象称为光生伏特效应 , 是把光能变为电

1.1 光电效应 “内电场 ”, 从而阻止扩散进行 。达到平衡 能的一种效应。

光电效应是指因光照而引起物体电学 后, 就形成了这样一个特殊的薄层形成电 当光照射在 PN结时, 如果光子能量大

特性改变现象 。电特性变化是指光照射时 势差 , 这就是 PN 结。 于半导体带隙能量(Eo,Eg), 可激发出电

物体发射电子 、或导电率发生变化 、或产生 2.2.2 光电池光伏效应 当有光照射时, 子 ——空穴对 , 在 PN结内电场作用下空穴 [2]光电动势等。 光线足以透过N型半导 移 向P区, 电子移向N区, 从而形成从N

光电效应大致可归纳为两大类: (1) 外型区 到P型区的电流。使P区和N区之间产体入射到PN结 。对于能量大于材料禁带能

光电效应: 物质受到光照后向外 生电压, 这个电压就是光生伏特效应产生量的光子, 每个携带足够能量的光子通常 发射电子的现象 。这种效应多发生于金属 的光生电 动势(图1所示)。当PN结两端通会正好释放一个电子 , 从而产生一个自由 和金属氧化物。 的空穴 。如果这发生在离电场足够近的位 过负载构成闭 合回路时,就会有电流沿着由

经外电路的方 向流动。基于这种效应的器件置, 或者自由电子和自由空穴正好在它的 (2)内光电效应:当光照在物体上,使物

体的电导率发生变化 , 或产生光生电动势 有光电池。 影响范围之内 , 则电场会将电子送到N侧, 的现象 。这种效应多发生于半导体内 。内光 将空穴送到P侧 。这会导致电中性进一步光生伏特效应的两点小结:

电效应又可以分为光电导效应和光生伏特 被 破坏, 如果我们提供一个外部电流通路, ?PN 结产生光生伏特的条件是:Hv?

则 电子会经过该通路 , 流向它们的原始侧 效应。 Eg;

(P 侧), 在那里与电场发送的空穴合并 , 并光电导效应是指在光线作用下 , 电子 ?光生伏特的大小与照射光的强度成

在 流动的过程中做功。 吸收光子能量从键合状态过度到自由状 正比。

态, 而引起材料电导率的变化。 2.3 光伏电池的发电原理 光电池实质是一Hv——光子的能量 ; Eg——材料的带隙

个大面积 PN结 , 结构 光生伏特效应是指在光作用下能使物 能量。

如图 2 所示, 上电极为栅状受光电极, 栅状 体产生一定方向电动势的现象。 2.2 物理原理

2.2.1 电池材料

图 3 光电池发电原理 图 1 PN结因光照产生电动势 图 2 光电池结构

2009 NO.26 Science and Technology Innovation Herald 研 究 报 告

电极下涂有抗反射膜, 用以增加透光, 减小 锑化镓半导体重叠而成的太阳能电池, 光 具有光生伏特效应的有机材料的研 反射, 下电极是一层衬底铝 。当光线照射太 电变换效率可达 36 ,, 快赶上了燃煤发电 制 。可以最大限度的降低太阳能电池的制 阳电池表面时, 一部分光子被硅材料吸收; 的效率, 但是由于它太贵, 目前只能限于在 造成本, 单纯由有机小分子或高分子共轭

[3]-3 光子的能量传递给了硅原子, 使电子发生 。 , 卫星上使用聚合物制成的太阳能电池效率只有 10

-2[10,12]了跃迁 , 成为自由电子在 P-N 结两侧集聚 10,不能达到实用的水平 。而聚合物 无机半导体太阳能电池对原材料纯度

形成了电位差, 当外部接通电路时, 在该电 固体薄膜光电池在一些主要性能指标上 要求非常高, 且价格昂贵, 因此其应用受到

压的作用下 , 将会有电流流过外部电路产 已接近商品化非晶硅光电池的指标; 具有 很大限制 。有机太阳能电池由于具有价格

生一定的输出功率 。这个过程的的实质是 : 制作大面积柔性器件的特点, 因此已有可 低廉 、易于加工 、适于制作大面积柔性器件

光子能量转换成电能的过程 。一般可产生 能在非晶硅光电池的应用领域得到广泛 等优点而备受关注 。聚合物固体薄膜光电

0.2, 0.6V电压,50mA电流 。图 3 所示。 的应用。 池在一些主要性能指标上已接近商品化非

晶硅光电池的指标; 已有可能在非晶硅光 高效太阳能光电池的发展 。华南理工 [7]3 光伏电池材料 电池的应用领域得到广泛的应用。 大学研制小组根据新的理论对材料采用特

殊的组合及形式上的独特考虑 , 目前电池 从能量转换的角度来看 , 光伏效应是 染料敏化纳米薄膜太阳电池的原理就

能量大于Eg的光子将其一部分能量转变为 的转换效率已达到 36%, 不久将可突破 是绿色植物光合作用原理的有机应用, 该 [4][13]电能。因此太阳能电池材料的选取, 带隙 40%,50%以上。采用新材料,可以把光电 项技术具有的 7% , 8% 的光电转换效率 、15

能量Eg是一个关键参数 。Eg 降低时, 可利池的转换效率从 20% , 24% 提高到 36% 以 年以上的使用寿命以及成本仅为硅太阳能

用 更多的光子, 有利于对太阳光的吸收;Eg上, 达到燃煤的热转换效率, 同时电站投资 电池的 10% , 20%, 使其在实际应用中具有 [8]成本亦将降低 50%左右 。这就为太阳能电站 增 大时, 可吸收的 良好的发展前景。

的发电成本降低到目前的电力成本以下提 太阳光通量减少 。如果 Eg过低, 那么在

增大电流的同时, 也会损失一定的电压 。功 供了技术条件, 从而大大提高了经济效益。 4 发展趋势和展望

率是电压和电流的乘积。材料最优带隙能量 自20世纪90年代开始,温室效应使全球 多接面太阳能电池的发展 。不同电池 必须能平衡这两种效应,综合考虑这两方面 变热问题日趋尖锐,促使新能源( 特别是PV 材料的Eg值不同, 提高光电转换效率的方 的影响,材料最佳Eg值约为1.1-1.7eV。 太阳能) 的开发大大加速 。目前光伏电池较 法是使用两层或者多层具有不同带隙的不 3.1 c-Si(单晶硅) 成熟的技术采用是无机半导体硅材料, 但 同材料 。带隙较高的材料放在表面, 吸收较

单晶硅的Eg=1.1eV, 单晶硅电池以其 其原料的纯度要求非常高, 使硅原料的提 高能量的光子; 而带隙较低的材料放在下 转换效率高(24.7%),提炼工艺成熟,并具有 炼成本增加 。材料的价格昂贵 , 商业用途的 方, 吸收较低能量的光子 。其针对不同的波 很好的稳定性和可靠性 , 户外连续操作几 光伏电池的能量转换效率也低于 15%,是造 长或不同能量的光子进行 了“调谐 ”。 十年性能也不会退化 ; 单晶硅生产成本居 成太阳能发电的成本比用煤或核燃料发电 太阳能电池发电既能节约地球上有限 高不下, 可见光区的吸收系数低, 制约单晶 的成本高一个数量级 , 制约利用太阳能电 的资源, 又能保护环境, 具 有“一石双鸟 ”之

[6]硅在普通领域的推广应用。 池发电的推广使用 。降低太阳能电池的发 佳效, 太阳能产业是新兴的朝阳行业, 其成 3.2 a-Si(非晶硅) 电成本已成为太阳能发电产业当务之急需 长性很好,所以我们要不断努力, 使其进一

非晶硅的Eg=1.75eV,非晶硅电池转换 解决的任务 , 太阳能行业今后要着重从以 步发展, 为人类造福～ 效率较低(14.5%),非晶硅电池产品的性能 下几方面发展。 降低太阳能电池板的价

极不稳定 , 电池衰减快 , 应用市场受到制 格 。当前光伏 参考文献

约 。在可见光区有较高的吸收系数, 光电池 电池板的制造过程中 , 单晶硅或多晶硅原 [1] 李文鹏. 世界高科技前沿[M]. 北京: 北 中的半导体层厚度可, 100 μm, 且非晶硅 材料的成本占据电池板总成本的 60% 左右, 京大学出版社,1999. 电池转的生产成本低廉 , 在低价及小规模 硅原料的成本制约了电池板的生产成本, [2] 黄元庆 , 万瑾 , 颜黄苹 . 现代传感技术 的能源供应市场, 非晶硅电池还是占据一 使太阳能电池板的价格居高不下 , 应在硅 [M].机械工业出版社. 定的市场份额。 的冶炼及提纯上采用新技术和新工艺, 形 [3] 陈中儒.光电传感器——光电池[J].科技 3.3 p,Si(多晶硅) 成规模化生产, 降低硅原料制造成本。 资讯.2008(06):6-7.

多晶硅太阳电池已报导的转换最高效 提升光伏电池的能量转换效率 。通过 [4] 李海雁,杨锡震.太阳能电池[J].大学物 率为20.3%。多晶硅太阳电池因性能稳定和 提高硅原料的纯度和改善电池板的加工工 理.2003(9):36-40. 成本适中而得到越来越广泛的应用 。多晶 艺, 提高电池的能量转换效率。 [5] GreenMartin A,Emery Keith,KingDavid 硅太阳电池对原料的纯度要求较低, 原料 多晶硅薄膜太阳电池的研制 。硅原料 L,et al1 Solarcell efficiency tables ( 来源渠道较为广阔, 适合大规模商业生产。 占太阳能电池成本 60%,减少硅原料意味降 version23)[J].Progress in Photo2voltaics: 目前多晶硅太阳电池已超越单晶硅的产 低太阳能电池板的成本 , 如果采用硅薄膜 Research and App lications.2004 (12):

[6]量, 占据市场的主导地位。 太阳能电池 ,40 μ m 厚的硅薄膜即可吸收 55-62.

3.4 其他电池材料 80%太阳光, 与体硅电池中至少250μm厚的 [6] 钟文建. 多晶硅太阳能电池的生产工艺

对能量转换效率要求高的光伏电池 , 硅片相比, 极大地降低硅原料的消耗, 相应 技术探讨及应用前景分析[J].陶瓷科学 电池材料一般采用GaAs 、InP和 CdTe制造, 也降低了多晶硅薄膜太阳电池的每峰瓦造 与艺术.2005(5):36-40.

[9]如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同 价, 而电池效率与多晶硅体硅电池相当。 [7] 罗洁, 唐文军. 聚合物固体薄膜光电池

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 12

研 究 报 告 的研究进展[J].广东工业大学学报.2008 427-433. [13]田克英,李映华.高效太阳能光电池[J]. (6):86-90. 教学仪器与实验.2002(7):37-38. [11]Yu G,Zhang C,Heeger A J.Dual2fun

ction semiconducting polymer devices: [8] 王刚, 李晓红, 李斌. 晶体硅与染料敏化

light emitting and photodetecting diod 纳米薄膜太阳能,光电转换技术[J].青

es[J].App l Phys Lett,1994,64(12):15 海科技.2006(1):26-28.

40-1542. [9] 胡芸菲, 沈辉, 梁宗存.多晶硅薄膜太阳

电池的研究与进展[J].太阳能学报.200 [12]Yu G, Pakbaz K, Heeger A J. Sem

iconducting polymer diodes: large siz (4):200-205.

e, low cost photodetectorswith excel [10] Karg S,RiessW,Dyakonov V,et al.

lent visibleultraviolet sensitivity [J]. A Electrical and optical characterization

pp l Phys Lett,1994,64(25):3422-34 of poly (phenylene2vinylene) light emit-

24. ting diodes[J].SynthMet,1993,54(123):

( 上接10 页) 数据库是极为重要的。 设的, 因此, 我们在详细研究国际核酸序列 (4) 数据图示与术语表达规范: 利用一

元数据库的数据字典应当包括 :A 、异 数据库的基础之上, 提出了一个普遍的核 定的图示表达语言, 对生物信息数据中可 构数据库必要描述: 包括数据源连接 、环境 酸序列数据库数据格式说明( 依次排列为 能使用的图示表达的内容进行表达方式的 信息 、内容注册以及数据库表 、字段的描 名称 、内容 、说明 ):LOCUS 、位点 、记录的描 规范, 如数据表达成什么样的统计图 、数据 述;B 、元数据库描述 : 自身的存储位置 、权 述信息,DEFINITION 、定义 、对记录的一段 表或矢量图, 图线的宽度 、颜色 、透明性等 限 、操作历史以及各个表和字段的基本信 简洁的描述 ,ACCESSION 、序列号 、对每一 各种属性。

息;C 、用户信息 : 用户的基本信息 、权限和 条记录都是唯一的 ,VERSION 、版本 、序列 数据库的标准化工作是一项长期的工 历史操作;D 、主题描述 : 包括主题名称 、内 的版本号 ,KEYWORDS 、关键词 、用来描述 作, 并随着数据来源 、数据组织形式 、数据 容及更新记录等;E 、应用描述 : 记录管理各 基因产物或其他信息 ,SEGMENT 、片段 、在 的复杂性等因素在不断地进行改进, 从标 种应用算法。 连续的核算序列上 , 该序列出现的位置 , 准化工作的实施来看 , 还应当根据实际应

(2) 数据库数据规范: 按照数据标准化 SOURCE 、来源 、该组织的名称或者在文献 用进行总结和提炼, 并且随着数据标准的 的原则与方法, 对生物信息科学研究所涉 中的名称,ORGANISM- 、组织 、在分类学角 应用和数据的变化进行调整, 才能够具有 及的数据项进行采集 、分析 、归类 、协调等 度上该组织的名称 ,REFERENCE 、参考文 长久的生命力。 工作, 对每项数据的名称 、定义 、数据类型、 献 、与该记录相关的参考文献 ,AUTHORS、 相互关系等属性进行规范化处理 , 提供对 作者 、参考文献的作者 ,TITLE 、标题 、参考 参考文献

生物信息科学数据的语义正确 、独立 、无歧 文献的标题 ,JOURNAL 、期刊 、期刊名称 , [1] http://www.dna.affrc.go.jp/ 义的理解 。生物信息学的主要数据库根据 MEDLINE 、Medline 序列号 、该文献在 growth/gb_tbl.html. 数据内容的不同可以分为序列数据库 、结 构Medline 数据库中的序列号 ,REMARK 、相 关[2] http://www.genomesonline.org/

数据库 、基因组数据库和文献数据库等。 不性 、文献与记录的相关性 ,COMMENT 、 评 gold_statistics.htm. 同的数据库类型由于数据内容的差异 性, 论 、与 其 他 记 录 的 交 叉 引 用 , [3] 赵友杰, 曹永忠, 张剑峰, 陆王红. 生物 无法建立统一的数据字典, 而需要根据 不同FEATURES 、特征 、序列的分子生物学特 信息学中的数据库技术 . 生物信息学 的数据类型进行详细分析 , 采取有针 对性征,BASE COUNT 、碱基频率 、序列中某碱 2007. 的数据规范。 基的出现次数 ,CONTIG 、片段重叠群 、描 [4] 王斌会, 王霄. 生物信息学数据库的新 述单个碱基进行片段重叠的信息 , 以核酸序列数据库为例 ,Genbank/ 进展.医学信息,2001. Embl/DDBJ三大核酸序列数据库是目前国 ORIGIN 、序列 、该条记录的序列信息。 (3) [5] 徐天伟, 夏幼明, 杨红梅. 数据字典描述 际上通用的数据库,可以说, 该数据库的数 数据交换格式: XML是W3C的标准 语言的研究与设计 . 云南师范大学学 据标准已经成为了国际核酸序列数据库的 文件格式, 它不仅可以很好地兼容原有的 报,2003. 事实标准。完整的GenBank数据库包括序列 网络应用, 而且可以更好地实现信息共享

文件, 索引文件以及其它有关文件 。索引文 与交换 。与其他数据交换语言相比 ,XML具

件是根据数据库中作者 、参考文献等建立 有相当的扩展性和开放性 。目前 , 生物医学

的, 用于数据库查询 。GenBank 中最常用的 界也已经采用 XML作为其数据注释的通用

是序列文件 。序列文件的基本单位是序列 框架 。日本 DNA数据银行 (DDBJ) 通过采用

条目, 包括核苷酸碱基排列顺序和注释两 XML 也得到了性能上的提升 , 并可以执行

部分 。我国目前建立的相关的核酸序列数 比普通 BLAST 或 FASTA 更为复杂的检索。

据库也是按照这三大数据库的标准进行建 因此,XML是一种解决数据格式差异, 实现

数据交换的非常好的标准。

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 13

范文四：光电传感器——光电池

研究报告

2009NO 2e Science and Technology tnnova丽百甬赢 光电传感器叫电池 叶宏

(厦门国源房地产集团有限公司 福建厦f-j 361009)

摘要:能源短缺和环境污染是翻约各田持续发晨的两个关蔓同题。本文主要从介颦光电侍意器入手.分圻了光使电池的基本原理和 特性,对不同原料剞违的光伏电池能量转换鼓丰进行分析比较,展望太阳蠢电池的发展趋势及降低太阳能发电^奉的一些方法。

关键词:光电传惠毒 克佚电池 能量转换效牟 硅材料

中图分类号:TM9J4.文献标识码。A 文章编号11674一098x(2009)og(b)-001l—03

能源是人类生存和发展的重要物质基 础,也是当今国际政治、经济、军事、外交关 注的焦点。当前人类获得能源的主要技术 都有碳原子的参与,产生二氧化碳排放,带 来大气污染、温室效应等气候变化。随着全 球能源需求增长,需要寻找低碳、无碳的 能源技术.太阳能具有取之不尽、无污染 等优点。太阳因内部发生着核反应,温度 高达1.5×107K,会辐射出大量的热能,照 射到地球上的太阳能非常巨大,大约 40min照射到地球上的太阳能就足以满足 全球人类一年的能量需求…。成为未来最 有希望的可再生新能源——绿色能源.

1光电传感器

1.I光电效应

光电效应是指因光照而引起物体电学 特性改变现象。电特性变化是指光照射时 物体发射电子、或导电率发生变化、或产生 光电动势等【“.

光电效应大致可归纳为两大类: (1)外光电效应:物质受到光照后向外 发射电子的现象。这种效应多发生干金属 和金属氧化物。

(2)内光电效应:当光照在物体上,使物 体的电导率发生变化,或产生光生电动势 的现象。这种效应多发生于半导体内。内光 电效应又可以分为光电导效应和光生伏特 效应。

光电导效应是指在光线作用下,电子 吸收光子能量从键合状态过度到自由状 态,而引起材料电导率的变化。

光生伏特效应是指在光作用下能使物 体产生一定方向电动势的现象。

lllll光照

●———-■?

’■-----o

图1PN结因光照产生电动势 1.2光电传感器

利用物质的光生伏特效应把光信号转

换成电信号的器件称为光电传感器件。基

于该效应的器件有光电池和光敏二极管、

三极管.

2光伏电池的原理

光电池是在光线照射下,直接将光量

转变为电动势的光学元件,它的工作原理

是光生伏特效应,简称光伏效应。在有光线

作用时PN结就相当于一个电压源【”。

2.1光生伏特效应

光照使不均匀半导体或均匀半导体中

光电子和空穴在空间分开而产生电位差的

现象称为光生伏特效应,是把光能变为电

能的一种效应。

当光照射在PN结时,如果光子能量大

于半导体带隙能量(Eo>Eg),可激发出电

子——空穴对,在PN结内电场作用下空穴

移向P区,电子移向N区,从而形成从N型区

到P型区的电流。使P区和N区之间产生电压,

这个电压就是光生伏特效应产生的光生电

动势(图l所示)。当PN结两端通过负载构成闭

合回路时,就会有电流沿着由经外电路的方

向流动。基于这种效应的器件有光电池。

光生伏特效应的两点小结:

①PN结产生光生伏特的条件是:Hv≥

Eg,

②光生伏特的大小与照射光的强度成

正比。

Hv——光子的能量,

Eg~一材料的带隙能量。

2.2物理原理

2.2.1电池材料

图2光电池结构

Siol

电撮

(1)N型半导体.多子是电子,少子是空 穴。当利用磷原子掺杂时,因为硅里面有很 多自由电子,得到N型硅。与纯硅相比,N 型掺杂硅是一种性能好得多的导体.

(2)P型半导体,多子是空穴,少子是电 子。当利用硼原子掺杂时,因为硅里面有很 多自由空穴,这样得到P型硅。P型硅导电性 能比纯硅好。

当P型和N型半导体结合在一起时,在 两种半导体的交界面区域里会形成一个特 殊的薄层,界面的P型一侧带负电,N型一 侧带正电。这是由于P型半导体多空穴,N 型半导体多自由电子,出现了浓度差。N区 的电子会扩散到P区。P区的空穴会扩散到 N区,一旦扩散就形成了一个由N指向P的 。内电场”,从而阻止扩散进行。达到平衡 后,就形成了这样一个特殊的薄层形成电 势差,这就是PN结。

2.2.2光电池光伏效应

当有光照射时,光线足以透过N型半导 体入射到PN结。对于能量大于材料禁带能 量的光子.每个携带足够能量的光子通常 会正好释放一个电子,从而产生一个自由 的空穴。如果这发生在离电场足够近的位 置,或者自由电子和自由空穴正好在它的 影响范围之内,则电场会将电子送到N侧。 将空穴送到P侧。这会导致电中性进一步被 破坏,如果我们提供一个外部电流通路,则 电子会经过该通路,流向它们的原始侧(P 侧),在那里与电场发送的空穴合并,并在 流动的过程中做功。

2.3光伏电池的发电原理

光电池实质是一个大面积PN结,结构 如图2所示,上电极为栅状受光电极,栅状

圈3光电池发电原理

科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 11

万方数据

!!塑盟:!!

Smence and Technology ItltqOVStiOn Herald

电极下涂有抗反射膜,用以增加透光,减小 反射,下电极是一层衬底铝。当光线照射太 阳电池表面时,一部分光子被硅材料吸收? 光子的能量传递给了硅原子,使电子发生 了跃迁,成为自由电子在P—N结两侧集聚 形成了电位差,当外部接通电路时,在该电 压的作用下,将会有电流流过外部电路产 生一定的输出功率。这个过程的的实质是:光子能量转换成电能的过程。一般可产生 0.2~0.6V电压,50mA电流。图3所示.

3光伏电池材料

从能量转换的角度来看,光伏效应是 能量大于Eg的光子将其一部分能量转变为 电能14I。因此太阳能电池材料的选取,带隙 能量Eg是一个关键参数。Eg降低时,可利用 更多的光子,有利于对太阳光的吸收?Eg增 大时,可吸收的

太阳光通量减少。如果Eg过低,那么在 增大电流的同时,也会损失一定的电压。功 率是电压和电流的乘积。材料最优带隙能量 必须能平衡这两种效应,综合考虑这两方面 的影响,材料最佳Eg值约为1.1一1.?eV. 3.1c-Si(单晶硅)

单晶硅的Eg=1.1eV.单晶硅电池以其 转换效率高(24.7%),提炼工艺成熟,并具有 很好的稳定性和可靠性,户外连续操作几 十年性能也不会退化。单晶硅生产成本居 高不下,可见光区的吸收系数低,制约单晶 硅在普通领域的推广应用[61。

3.2a-Si(非晶硅)

非晶硅的Eg=1.75eV,非晶硅电池转换 效率较低(14.5%),非品硅电池产品的性能 极不稳定,电池衰减快,应用市场受到制 约。在可见光区有较高的吸收系数,光电池 中的半导体层厚度可<100肛m,且非晶硅 电池转的生产成本低廉,在低价及小规模="" 的能源供应市场,非晶硅电池还是占据一="">

3.3P—si(多晶硅)

多晶硅太阳电池已报导的转换最高效 率为20.3%。多晶硅太阳电池因性能稳定和 成本适中而得到越来越广泛的应用。多晶 硅太阳电池对原料的纯度要求较低,原料 来源渠道较为广阔,适合大规模商业生产。 目前多晶硅太阳电池已超越单晶硅的产 量,占据市场的主导地位….

3.4其他电池材料

对能量转换效率要求高的光伏电池, 电池材料一般采用GaAs、InP和CdTe制造. 如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同 锑化镓半导体重叠而成的太阳能电池,光 电变换效率可达36%,快赶上了燃煤发电 的效率,但是由于它太贵,目前只能限于在 卫星上使用【引。

无机半导体太阳能电池对原材料纯度 要求非常高,且价格昂贵,因此其应用受到 很大限制。有机太阳能电池由于具有价格 低廉、易于加工、适于制作大面积柔性器件 等优点而备受关注。聚合物固体薄膜光电 池在一些主要性能指标上已接近商品化非 晶硅光电池的指标-已有可能在非晶硅光 电池的应用领域得到广泛的应用171. 染料敏化纳米薄膜太阳电池的原理就 是绿色植物光合作用原理的有机应用,该 项技术具有的7%~8%的光电转换效率、15年以上的使用寿命以及成本仅为硅太阳能 电池的10%~20%,使其在实际应用中具有 良好的发展前景【引。

4发展趋势和展望

自20世±_E90年代开始,温室效应使全球 变热问题日趋尖锐,促使新能源(特别是PV 太阳能)的开发大大加速。目前光伏电池较 成熟的技术采用是无机半导体硅材料,但 其原料的纯度要求非常高,使硅原料的提 炼成本增加。材料的价格昂贵,商业用途的 光伏电池的能量转换效率也低于15%,是造 成太阳能发电的成本比用煤或核燃料发电 的成本高一个数量级,制约利用太阳能电 池发电的推广使用。降低太阳能电池的发 电成本已成为太阳能发电产业当务之急需 解决的任务,太阳能行业今后要着重从以 下几方面发展。

降低太阳能电池板的价格。当前光伏 电池板的制造过程中,单晶硅或多晶硅原 材料的成本占据电池板总成本的60%左右, 硅原料的成本制约了电池板的生产成本, 使太阳能电池板的价格居高不下,应在硅 的冶炼及提纯上采用新技术和新工艺,形 成规模化生产,降低硅原料制造成本。 提升光伏电池的能量转换效率。通过 提高硅原料的纯度和改善电池板的加工工 艺。提高电池的能量转换效率。

多晶硅薄膜太阳电池的研制。硅原料 占太阳能电池成本60%,减少硅原料意味降 低太阳能电池板的成本,如果采用硅薄膜 太阳能电池,40u m厚的硅薄膜即可吸收 80%太阳光,与体硅电池中至少250pm厚的 硅片相比,极大地降低硅原料的消耗,相应 也降低了多晶硅薄膜太阳电池的每峰瓦造 价,而电池效率与多晶硅体硅电池相当‘w。

12科技创新导报Science and Technology Innovation Herald

研究报告 具有光生伏特效应的有机材料的研 制。可以最大限度的降低太阳能电池的制 造成本,单纯由有机小分子或高分子共轭 聚合物制成的太阳能电池效率只有103~ 10-2(”“21,不能达到实用的水平。而聚合物 固体薄膜光电池在一些主要性能指标上 已接近商品化非晶硅光电池的指标,具有 制作大面积柔性器件的特点,因此已有可 能在非晶硅光电池的应用领域得到广泛 的应用。

高效太阳能光电池的发展。华南理工 大学研制小组根据新的理论对材料采用特 殊的组合及形式上的独特考虑,目前电池 的转换效率已达到36%,不久将可突破 40%~50%以上【13I。采用新材料,可以把光电 池的转换效率从20%~24%提高到36%以 上,达到燃煤的热转换效率,同时电站投资 成本亦将降低50%左右。这就为太阳能电站 的发电成本降低到目前的电力成本以下提 供了技术条件,从而大大提高了经济效益。 多接面太阳能电池的发展。不同电池 材料的Eg值不同,提高光电转换效率的方 法是使用两层或者多层具有不同带隙的不 同材料。带隙较高的材料放在表面,吸收较 高能量的光子,而带隙较低的材料放在下 方,吸收较低能量的光子。其针对不同的波 长或不同能量的光子进行了。调谐”。

太阳能电池发电既能节约地球上有限 的资源,又能保护环境,具有。一石双鸟”之 佳效,太阳能产业是新兴的朝阳行业,其成 长性很好,所以我们要不断努力,使其进一 步发展,为人类造福!

参考文献

【1】李文鹏.世界高科技前沿【M】.北京:北 京大学出版社,1999.

[2】黄元庆,万瑾,颜黄苹.现代传感技术 【M】.机械工业出版社.

【3】陈中儒.光电传感器—光电池….科技 资讯.2008(06):6-7.

【4】李海雁,杨锡震.太阳能电池[J】.大学物 理.2003(9):36-40.

【5】GreenMmtin A,Emery Keim,KingDavid L,et all Solarcell efficiency tables( version23){J].Progress in Phot02voltaics: Research and App lications.2004(12): 55-62.

[6】钟文建.多晶硅太阳能电池的生产工艺 技术探讨及应用前景分析IJ】.陶瓷科学 与艺术.2005(5):36—40.

【7】罗洁,唐文军.聚合物固体薄膜光电池

万方数据

研究报告

!!!!型Q!; Science 8nd Techn010譬y Innovation Herel(]

的研究进展….广东工业大学学报.2008 (6):86—90.

【8J王刚,李晓红,李斌.晶体硅与染料敏化 纳米薄膜太阳能~光电转换技术【J】.青 海科技.2006(1):26-28.

【9]胡芸菲,沈辉,梁宗存.多晶硅薄膜太阳 电池的研究与进展[J].太阳能学报.200 (4):200—205.

【10]Karg S,RiessW,Dyakonov V,et a1. Electrical and optical characterization

of poly(phenylene2vinylene)fight砌t— ting diodes[J】.SynthMet,1993,54(123):

427-433.

[11]Yu G,Zhang C,Heeger A J.Dual2fun

ation semiconducting polymer devices:

ught emitting and photodetecting diod

es[J].App l Phys Lett,1994,64(12):15

40-1542.

【12]Yu G,Pakbaz K,Heeger A J.Sem

iconducting polymer diodes:large siz

e.10w cost photodetectorswith excel

knt visibleultraviolet sensitivity【J】.A

pp l Phys

Lett,1994,64(25):3422—34

24.

【13Ira克英,李映华.高效太阳能光电池[J】. 教学仪器与实验.2002(7):37—38.

(上接10页)

数据库是极为重要的。

元数据库的数据字典应当包括:A、异 构数据库必要描述:包括数据源连接,环境 信息、内容注册以及数据库表、字段的描 述。B、元数据库描述:自身的存储位置,权 限、操作历史以及各个表和字段的基本信 息,C、用户信息:用户的基本信息、权限和 历史操作,D、主题描述:包括主题名称、内 容及更新记录等;E、应用描述:记录管理各 种应用算法。

(2)数据库数据规范:按照数据标准化 的原则与方法,对生物信息科学研究所涉 及的数据项进行采集、分析,归类、协调等 工作,对每项数据的名称、定义、数据类型、 相互关系等属性进行规范化处理,提供对 生物信息科学数据的语义正确、独立、无歧 义的理解。生物信息学的主要数据库根据 数据内容的不同可以分为序列数据库、结 构数据库、基因组数据库和文献数据库等。 不同的数据库类型由于数据内容的差异 性,无法建立统一的数据字典,而需要根据 不同的数据类型进行详细分析,采取有针 对性的数据规范。

以核酸序列数据库为例,Genbank/ Embl/DDBJ三大核酸序列数据库是目前国 际上通用的数据库,可以说,该数据库的数 据标准已经成为了国际核酸序列数据库的 事实标准。完整的GenBank数据库包括序列 文件,索引文件以及其它有关文件。索引文 件是根据数据库中作者、参考文献等建立 的,用于数据库查询。GenBank中最常用的 是序列文件。序列文件的基本单位是序列 条目,包括核苷酸碱基排列顺序和洼释两 部分。我国目前建立的相关的核酸序列数 据库也是按照这三大数据库的标准进行建 设的,因此,我们在详细研究国际核酸序列

数据库的基础之上,提出了一个普遍的核

酸序列数据库数据格式说明(依次排列为

名称、内容、说明):LOCUS、位点、记录的描

述信息,DEFINITION、定义、对记录的一段

简洁的描述,ACCESSION、序列号、对每一

条记录都是唯一的。VERSION、版本、序列

的版本号,KEYwORDS、关键词、用来描述

基因产物或其他信息,SEGMENT、片段、在

连续的核算序列上.该序列出现的位置,

sOURcE、来源、该组织的名称或者在文献

中的名称,ORGANISM一、组织、在分类学角

度上该组织的名称,REFERENCE、参考文

献、与该记录相关的参考文献,AUTHORS、

作者、参考文献的作者,TITLE、标题、参考

文献的标题,JOURNAL、期刊、期刊名称,

MED LINE、Medline序列号、该文献在

Medline数据库中的序列号,REMARK、相

关性、文献与记录的相关性,COMMENT、

评论、与其他记录的交叉引用,

FEATURES、特征、序列的分子生物学特

征,BASE COUNT、碱基频率、序列中某碱

基的出现次数,CONTIG、片段重叠群、描

述单个碱基进行片段重叠的信息,

ORIGIN、序列、该条记录的序列信息。

(3)数据交换格式:XML是W3C的标准

文件格式,它不仅可以很好地兼容原有的

网络应用,而且可以更好地实现信息共享

与交换。与其他数据交换语言相比,XML具

有相当的扩展性和开放性。目前,生物医学

界也已经采用XML作为其数据注释的通用

框架。日本DNA数据银行(DDBJ)通过采用

XML也得到了性能上的提升,并可以执行

比普通BLAST或FAsTA更为复杂的检索。

因此,XML是一种解决数据格式差异,实现

数据交换的非常好的标准。

(4)数据图示与术语表达规范:利用一 定的图示表达语言,对生物信息数据中可 能使用的图示表达的内容进行表达方式的 规范,如数据表达成什么样的统计图、数据 表或矢量图,图线的宽度、颜色、透明性等 各种属性。

数据库的标准化工作是一项长期的工 作,并随着数据来源、数据组织形式、数据 的复杂性等因素在不断地进行改进,从标 准化工作的实施来看,还应当根据实际应 用进行总结和提炼,并且随着数据标准的 应用和数据的变化进行调整,才能够具有 长久的生命力。

参考文献

【1】http://www.dna.affrc.go.JP/ growth/g。b_tbl.html.

【2】http://www.genomesonline.org/ gold_statisticS.htm.

【3】赵友杰,曹永忠,张剑峰.陆王红.生物 信息学中的数据库技术.生物信息学 2007.

【4】王斌会,王霄.生物信息学数据库的新 进展.医学信息,2001.

[5】徐天伟,夏幼明,杨红梅.数据字典描述 语言的研究与设计.云南师范大学学 报,2003.

科技创新导报Science end Technology Innovation Herald 13

万方数据

光电传感器——光电池

作者:叶宏

作者单位:厦门国源房地产集团有限公司,福建厦门,361009

刊名:

科技创新导报

英文刊名:SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD

年,卷(期):2009,(26)

引用次数:0次

参考文献(13条)

1. 李文鹏 世界高科技前沿 1999

2. 黄元庆 . 万瑾 . 颜黄苹 现代传感技术

3. 陈中儒 光电传感器--光电池 2008(6)

4. 李海雁 . 杨锡震 太阳能电池 2003(9)

5. GreenMartin A. Emery Keith. KingDavid LSolarcell efficiency tables(version23) 2004(12)

6. 钟文建 多晶硅太阳能电池的生产工艺技术探讨及应用前景分析 2005(5)

7. 罗洁 . 唐文军 聚合物固体薄膜光电池的研究进展 2008(6)

8. 王刚 . 李晓红 . 李斌 晶体硅与染料敏化纳米薄膜太阳能~光电转换技术 2006(1)

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10. Karg S. Riess W. Dyakonov VElectrical and optical characterization of

poly(phenylene2vinylene)light emitting diodes 1993(123)

11. Yu G. Zhang C. Heeger A JDual2fun ction semiconducting polymer devices:light emitting and photodetecting diod es 1994(12)

12. Yu G. Pakbaz K. Heeger A JSem iconducting polymer diodes:large siz e,low cost photodetectorswith excel lent visibleultraviolet sensitivity 1994(25)

13. 田克英 . 李映华 高效太阳能光电池 2002(7)

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范文五：光电传感器_光电池

11

　 科技创新导报　 Science　and　Technology　Innovation　Herald 研　究　报　告

2009　　NO.26

科技创新导报

能源是人类生存和发展的重要物质基 础,也是当今国际政治、 经济、 军事、 外交关 注 的 焦 点 。 当 前 人 类 获 得 能 源 的 主 要 技 术 都有碳原子的参与,产生二氧化碳排放,带 来大气污染、 温室效应等气候变化。 随着全 球 能 源 需 求 增 长 , 需 要 寻 找 低 碳 、 无 碳 的 能 源 技 术 , 太 阳 能 具 有 取 之 不 尽 、 无 污 染 等 优 点 。 太 阳 因 内 部 发 生 着 核 反 应 , 温 度 高达1.5×107K,会辐射出大量的热能,照 射 到 地 球 上 的 太 阳 能 非 常 巨 大 , 大 约 40min照射到地球上的太阳能就足以满足 全 球 人 类 一 年 的 能 量 需 求 [1]。 成 为 未 来 最 有 希 望 的 可 再 生 新 能 源——绿 色 能 源 。

1　光电传感器

1.1光电效应

光电效应是指因光照而引起物体电学 特 性 改 变 现 象 。 电 特 性 变 化 是 指 光 照 射 时 物体发射电子、 或导电率发生变化、 或产生 光电动势等 [2]。

光电效应大致可归纳为两大类:(1)外光电效应:物质受到光照后向外 发 射 电 子 的 现 象 。 这 种 效 应 多 发 生 于 金 属 和 金 属 氧 化 物 。

(2)内光电效应:当光照在物体上,使物 体 的 电 导 率 发 生 变 化 , 或 产 生 光 生 电 动 势 的现象。 这种效应多发生于半导体内。 内光 电效应又可以分为光电导效应和光生伏特 效 应 。

光 电 导 效 应 是 指 在 光 线 作 用 下 , 电 子 吸 收 光 子 能 量 从 键 合 状 态 过 度 到 自 由 状 态, 而引起材料电导率的变化。

光生伏特效应是指在光作用下能使物 体产生一定方向电动势的现象。

1.2光电传感器

利用物质的光生伏特效应把光信号转 换 成 电 信 号 的 器 件 称 为 光 电 传 感 器 件 。 基 于 该 效 应 的 器 件 有 光 电 池 和 光 敏 二 极 管 、 三极管。

2　光伏电池的原理

光 电 池 是 在 光 线 照 射 下 , 直 接 将 光 量 转 变 为 电 动 势 的 光 学 元 件, 它 的 工 作 原 理 是光生伏特效应,简称光伏效应。 在有光线 作用时PN结就相当于一个电压源 [3]。 2. 1光生伏特效应

光照使不均匀半导体或均匀半导体中 光电子和空穴在空间分开而产生电位差的 现 象 称 为 光 生 伏 特 效 应 , 是 把 光 能 变 为 电 能 的 一 种 效 应 。

当光照射在　PN结时,如果光子能量大 于半导体带隙能量(Eo>Eg),可激发出电 子 ——空 穴 对 , 在 PN结 内 电 场 作 用 下 空 穴 移 向P区,电子移向N区,从而形成从N型区 到P型区的电流。 使P区和N区之间产生电压, 这个电压就是光生伏特效应产生的光生电 动势(图1所示)。 当PN结两端通过负载构成闭 合回路时,就会有电流沿着由经外电路的方 向流动。 基于这种效应的器件有光电池。

光生伏特效应的两点小结:

①PN 结 产 生 光 生 伏 特 的 条 件 是:H v≥ Eg;

②光生伏特的大小与照射光的强度成 正 比 。

Hv— — 光 子 的 能 量 ; Eg——材料的带隙能量。 2.2物理原理

2.2.1电池材料

(1)N型半导体,多子是电子,少子是空 穴。 当利用磷原子掺杂时,因为硅里面有很 多 自 由 电 子 , 得 到 N 型 硅 。 与 纯 硅 相 比 , N 型掺杂硅是一种性能好得多的导体。

(2)P型半导体,多子是空穴,少子是电 子。 当利用硼原子掺杂时,因为硅里面有很 多自由空穴,这样得到P型硅。 P型硅导电性 能 比 纯 硅 好 。

当P 型 和 N 型 半 导 体 结 合 在 一 起 时 , 在 两种半导体的交界面区域里会形成一个特 殊 的 薄 层 , 界 面 的 P 型 一 侧 带 负 电 , N 型 一 侧 带 正 电 。 这 是 由 于 P 型 半 导 体 多 空 穴 , N 型 半 导 体 多 自 由 电 子 ,出 现 了 浓 度 差 。 N区 的 电 子 会 扩 散 到P区,P区 的 空 穴 会 扩 散 到 N 区 , 一 旦 扩 散 就 形 成 了 一 个 由 N 指 向 P 的 “ 内 电 场 ” , 从 而 阻 止 扩 散 进 行 。 达 到 平 衡 后, 就 形 成 了 这 样 一 个 特 殊 的 薄 层 形 成 电 势 差 , 这 就 是 P N 结 。

2.2.2光电池光伏效应

当有光照射时,光线足以透过N型半导 体 入 射 到PN结。 对 于 能 量 大 于 材 料 禁 带 能 量 的 光 子 , 每 个 携 带 足 够 能 量 的 光 子 通 常 会 正 好 释 放 一 个 电 子 , 从 而 产 生 一 个 自 由 的 空 穴 。 如 果 这 发 生 在 离 电 场 足 够 近 的 位 置, 或 者 自 由 电 子 和 自 由 空 穴 正 好 在 它 的 影 响 范 围 之 内 ,则 电 场 会 将 电 子 送 到N侧, 将空穴送到P侧。 这会导致电中性进一步被 破坏,如果我们提供一个外部电流通路,则 电 子 会 经 过 该 通 路 ,流 向 它 们 的 原 始 侧 (P 侧),在 那 里 与 电 场 发 送 的 空 穴 合 并 ,并在 流 动 的 过 程 中 做 功 。 2. 3光伏电池的发电原理

光 电 池 实 质 是 一 个 大 面 积 PN结 , 结 构 如图2所示,上 电 极 为 栅 状 受 光 电 极,栅状

光电传感器——光电池

叶 宏

(厦门国源房地产集团有限公司　　福建厦门　　361009)

摘　 要:能源短缺和环境污染是制约各国持续发展的两个关键问题。 本文主要从介绍光电传感器入手,　 分析了光伏电池的基本原理和

特性,对不同原料制造的光伏电池能量转换效率进行分析比较,展望太阳能电池的发展趋势及降低太阳能发电成本的一些方法。

关键词:光电传感器　　光伏电池　　能量转换效率　　硅材料

中图分类号:TM914文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2009)09(b)-0011-03

图1PN结因光照产生电动势 图 2光 电 池 结 构 图3光 电 池 发 电 原 理

2009　　NO.26

研　究　报　告 科技创新导报

电极下涂有抗反射膜,用以增加透光,减小 反射,下电极是一层衬底铝。 当光线照射太 阳电池表面时,一部分光子被硅材料吸收; 光 子 的 能 量 传 递 给 了 硅 原 子, 使 电 子 发 生 了 跃 迁 , 成 为 自 由 电 子 在 P -N 结 两 侧 集 聚 形成了电位差,当外部接通电路时,在该电 压 的 作 用 下 , 将 会 有 电 流 流 过 外 部 电 路 产 生一定的输出功率。 这个过程的的实质是:光 子 能 量 转 换 成 电 能 的 过 程 。 一 般 可 产 生 0.2~0.6V电压,50mA电流。 图3所示。

3　光伏电池材料

从 能 量 转 换 的 角 度 来 看 , 光 伏 效 应 是 能量大于Eg的光子将其一部分能量转变为 电能 [4]。 因此太阳能电池材料的选取,带隙 能量Eg是一个关键参数。 Eg降低时,可利用 更多的光子,有利于对太阳光的吸收;Eg增 大时, 可 吸 收 的

太阳光通量减少。 如果Eg过低,那么在 增大电流的同时,也会损失一定的电压。 功 率是电压和电流的乘积。 材料最优带隙能量 必须能平衡这两种效应,综合考虑这两方面 的影响,材料最佳Eg值约为1.1-1.7eV。 3.1c-Si(单晶硅)

单晶硅的Eg=1.1eV,单 晶 硅 电 池 以 其 转换效率高(24.7%),提炼工艺成熟,并具有 很 好 的 稳 定 性 和 可 靠 性 , 户 外 连 续 操 作 几 十 年 性 能 也 不 会 退 化 ; 单 晶 硅 生 产 成 本 居 高不下,可见光区的吸收系数低,制约单晶 硅在普通领域的推广应用 [6]。

3.2a-Si(非晶硅)

非晶硅的Eg=1.75eV,非晶硅电池转换 效率较低(14.5%),非晶硅电池产品的性能 极 不 稳 定 , 电 池 衰 减 快 , 应 用 市 场 受 到 制 约。 在可见光区有较高的吸收系数,光电池 中的半导体层厚度可<100μm,且非晶硅 电="" 池="" 转="" 的="" 生="" 产="" 成="" 本="" 低="" 廉="" ,="" 在="" 低="" 价="" 及="" 小="" 规="" 模="" 的="" 能="" 源="" 供="" 应="" 市="" 场,="" 非="" 晶="" 硅="" 电="" 池="" 还="" 是="" 占="" 据="" 一="" 定="" 的="" 市="" 场="" 份="" 额="">

3.3p-Si(多晶硅)

多晶硅太阳电池已报导的转换最高效 率为20.3%。 多晶硅太阳电池因性能稳定和 成 本 适 中 而 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 。 多晶 硅 太 阳 电 池 对 原 料 的 纯 度 要 求 较 低, 原料 来源渠道较为广阔,适合大规模商业生产。 目 前 多 晶 硅 太 阳 电 池 已 超 越 单 晶 硅 的 产 量,占据市场的主导地位 [6]。

3. 4其他电池材料

对 能 量 转 换 效 率 要 求 高 的 光 伏 电 池 , 电池材料一般采用GaAs、 InP和CdTe制造, 如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同 锑 化 镓 半 导 体 重 叠 而 成 的 太 阳 能 电 池, 光

电 变 换 效 率 可 达36%,快 赶 上 了 燃 煤 发 电

的效率,但是由于它太贵,目前只能限于在

卫星上使用 [3]。

无机半导体太阳能电池对原材料纯度

要求非常高,且价格昂贵,因此其应用受到

很 大 限 制 。 有 机 太 阳 能 电 池 由 于 具 有 价 格

低廉、 易于加工、 适于制作大面积柔性器件

等 优 点 而 备 受 关 注 。 聚 合 物 固 体 薄 膜 光 电

池在一些主要性能指标上已接近商品化非

晶 硅 光 电 池 的 指 标; 已 有 可 能 在 非 晶 硅 光

电池的应用领域得到广泛的应用 [7]。

染料敏化纳米薄膜太阳电池的原理就

是 绿 色 植 物 光 合 作 用 原 理 的 有 机 应 用, 该

项技术具有的7%~8%的光电转换效率、 15

年以上的使用寿命以及成本仅为硅太阳能

电池的10%~20%,使其在实际应用中具有

良好的发展前景 [8]。

4　发展趋势和展望

自20世纪90年代开始,温室效应使全球

变热问题日趋尖锐,促使新能源(特别是PV

太阳能)的开发大大加速。 目前光伏电池较

成 熟 的 技 术 采 用 是 无 机 半 导 体 硅 材 料, 但

其 原 料 的 纯 度 要 求 非 常 高, 使 硅 原 料 的 提

炼成本增加。 材料的价格昂贵,商业用途的

光伏电池的能量转换效率也低于15%,是造

成太阳能发电的成本比用煤或核燃料发电

的 成 本 高 一 个 数 量 级 , 制 约 利 用 太 阳 能 电

池 发 电 的 推 广 使 用 。 降 低 太 阳 能 电 池 的 发

电成本已成为太阳能发电产业当务之急需

解 决 的 任 务 , 太 阳 能 行 业 今 后 要 着 重 从 以

下 几 方 面 发 展 。

降 低 太 阳 能 电 池 板 的 价 格 。 当 前 光 伏

电 池 板 的 制 造 过 程 中 , 单 晶 硅 或 多 晶 硅 原

材料的成本占据电池板总成本的60%左右,

硅 原 料 的 成 本 制 约 了 电 池 板 的 生 产 成 本,

使 太 阳 能 电 池 板 的 价 格 居 高 不 下 , 应 在 硅

的 冶 炼 及 提 纯 上 采 用 新 技 术 和 新 工 艺, 形

成规模化生产, 降低硅原料制造成本。

提 升 光 伏 电 池 的 能 量 转 换 效 率 。 通 过

提高硅原料的纯度和改善电池板的加工工

艺, 提高电池的能量转换效率。

多 晶 硅 薄 膜 太 阳 电 池 的 研 制 。 硅 原 料

占太阳能电池成本60%,减少硅原料意味降

低 太 阳 能 电 池 板 的 成 本 , 如 果 采 用 硅 薄 膜

太 阳 能 电 池 , 40μm 厚 的 硅 薄 膜 即 可 吸 收

80%太阳光,与体硅电池中至少250μm厚的

硅片相比,极大地降低硅原料的消耗,相应

也降低了多晶硅薄膜太阳电池的每峰瓦造

价,而电池效率与多晶硅体硅电池相当 [9]。

具 有 光 生 伏 特 效 应 的 有 机 材 料 的 研 制。 可 以 最 大 限 度 的 降 低 太 阳 能 电 池 的 制 造 成 本, 单 纯 由 有 机 小 分 子 或 高 分 子 共 轭 聚合物制成的太阳能电池效率只有10-3~ 10-2[10~12],不能达到实用的水平。 而聚合物 固 体 薄 膜 光 电 池 在 一 些 主 要 性 能 指 标 上 已 接 近 商 品 化 非 晶 硅 光 电 池 的 指 标; 具有 制 作 大 面 积 柔 性 器 件 的 特 点, 因 此 已 有 可 能 在 非 晶 硅 光 电 池 的 应 用 领 域 得 到 广 泛 的 应 用 。

高 效 太 阳 能 光 电 池 的 发 展 。 华 南 理 工 大学研制小组根据新的理论对材料采用特 殊 的 组 合 及 形 式 上 的 独 特 考 虑 , 目 前 电 池 的 转 换 效 率 已 达 到 36%, 不 久 将 可 突 破 40%~50%以上 [13]。 采用新材料,可以把光电 池 的 转 换 效 率 从 20%~24%提 高 到 36%以 上,达到燃煤的热转换效率,同时电站投资 成本亦将降低50%左右。 这就为太阳能电站 的发电成本降低到目前的电力成本以下提 供了技术条件,从而大大提高了经济效益。 多 接 面 太 阳 能 电 池 的 发 展 。 不 同 电 池 材 料 的Eg值 不 同,提 高 光 电 转 换 效 率 的 方 法是使用两层或者多层具有不同带隙的不 同材料。 带隙较高的材料放在表面,吸收较 高 能 量 的 光 子; 而 带 隙 较 低 的 材 料 放 在 下 方,吸收较低能量的光子。 其针对不同的波 长或不同能量的光子进行了 “调谐” 。 太阳能电池发电既能节约地球上有限 的资源,又能保护环境,具有 “一石双鸟” 之 佳效,太阳能产业是新兴的朝阳行业,其成 长性很好,所以我们要不断努力,使其进一 步发展,为人类造福!

参考文献

[1]李文鹏.世界高科技前沿[M].北京:北 京大学出版社,1999.

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[7]罗洁,唐 文 军.聚 合 物 固 体 薄 膜 光 电 池

12科技创新导报　 Science　and　Technology　Innovation　Herald

13

　 科技创新导报　 Science　and　Technology　Innovation　Herald 研　究　报　告

2009　　NO.26

科技创新导报

数据库是极为重要的。

元 数 据 库 的 数 据 字 典 应 当 包 括 :A、 异 构数据库必要描述:包括数据源连接、 环境 信 息 、 内 容 注 册 以 及 数 据 库 表 、 字 段 的 描 述;B、 元数据库描述:自身的存储位置、 权 限、 操 作 历 史 以 及 各 个 表 和 字 段 的 基 本 信 息;C、 用户信息:用户的基本信息、 权限和 历史操作;D、 主题描述:包括主题名称、 内 容及更新记录等;E、 应用描述:记录管理各 种 应 用 算 法 。

(2)数据库数据规范:按照数据标准化 的 原 则 与 方 法, 对 生 物 信 息 科 学 研 究 所 涉 及 的 数 据 项 进 行 采 集 、 分 析 、 归 类 、 协调等 工作,对每项数据的名称、 定义、 数据类型、 相 互 关 系 等 属 性 进 行 规 范 化 处 理 , 提 供 对 生物信息科学数据的语义正确、 独立、 无歧 义 的 理 解 。 生 物 信 息 学 的 主 要 数 据 库 根 据 数 据 内 容 的 不 同 可 以 分 为 序 列 数 据 库 、 结 构数据库、 基因组数据库和文献数据库等。 不 同 的 数 据 库 类 型 由 于 数 据 内 容 的 差 异 性,无法建立统一的数据字典,而需要根据 不 同 的 数 据 类 型 进 行 详 细 分 析 , 采 取 有 针 对 性 的 数 据 规 范 。

以 核 酸 序 列 数 据 库 为 例 , G e n b a n k /Embl/DDBJ三大核酸序列数据库是目前国 际上通用的数据库,可以说,该数据库的数 据标准已经成为了国际核酸序列数据库的 事实标准。 完整的GenBank数据库包括序列 文件,索引文件以及其它有关文件。 索引文 件 是 根 据 数 据 库 中 作 者 、 参 考 文 献 等 建 立 的,用于数据库查询。 GenBank中最常用的 是 序 列 文 件 。 序 列 文 件 的 基 本 单 位 是 序 列 条目, 包 括 核 苷 酸 碱 基 排 列 顺 序 和 注 释 两 部 分 。 我 国 目 前 建 立 的 相 关 的 核 酸 序 列 数 据库也是按照这三大数据库的标准进行建

设的,因此,我们在详细研究国际核酸序列 数 据 库 的 基 础 之 上, 提 出 了 一 个 普 遍 的 核 酸 序 列 数 据 库 数 据 格 式 说 明(依 次 排 列 为 名称、 内容、 说明):LOCUS、 位点、 记录的描 述信息,DEFINITION、 定义、 对记录的一段 简 洁 的 描 述 ,ACCESSION、 序 列 号 、 对 每 一 条 记 录 都 是 唯 一 的 ,VERSION、 版 本 、 序 列 的 版 本 号 , K E Y W O R D S 、 关 键 词 、 用 来 描 述 基 因 产 物 或 其 他 信 息 ,SEGMENT、 片 段 、 在 连 续 的 核 算 序 列 上 , 该 序 列 出 现 的 位 置 , SOURCE、 来 源 、 该 组 织 的 名 称 或 者 在 文 献 中 的 名 称,ORGANISM-、 组 织 、 在 分 类 学 角 度 上 该 组 织 的 名 称 , R E F E R E N C E 、 参 考 文 献 、 与 该 记 录 相 关 的 参 考 文 献 ,AUTHORS、 作者、 参考文献的作者,TITLE、 标题、 参考 文 献 的 标 题 , J O U R N A L 、 期 刊 、 期 刊 名 称 , M E D L I N E 、 M e d l i n e 序 列 号 、 该 文 献 在 M e d l i n e 数 据 库 中 的 序 列 号 , R E M A R K 、 相 关 性 、 文 献 与 记 录 的 相 关 性 , C O M M E N T 、 评 论 、与 其 他 记 录 的 交 叉 引 用 , F E A T U R E S 、 特 征 、 序 列 的 分 子 生 物 学 特 征, B A S E 　 C O U N T 、 碱基频率、 序列中某碱 基 的 出 现 次 数 , C O N T I G 、 片 段 重 叠 群 、 描 述 单 个 碱 基 进 行 片 段 重 叠 的 信 息 , ORIGIN、 序 列 、 该 条 记 录 的 序 列 信 息 。

(3)数据交换格式:　XML是W3C的标准 文 件 格 式 , 它 不 仅 可 以 很 好 地 兼 容 原 有 的 网 络 应 用 , 而 且 可 以 更 好 地 实 现 信 息 共 享 与交换。 与其他数据交换语言相比,XML具 有相当的扩展性和开放性。 目前,生物医学 界 也 已 经 采 用 XML作 为 其 数 据 注 释 的 通 用 框 架 。 日 本 DNA数 据 银 行 (DDBJ)通 过 采 用 X M L 也 得 到 了 性 能 上 的 提 升 , 并 可 以 执 行 比 普 通 B L A S T 或 F A S T A 更 为 复 杂 的 检 索 。 因此,XML是一种解决数据格式差异,实现 数据交换的非常好的标准。

(4)数据图示与术语表达规范:利用一 定 的 图 示 表 达 语 言, 对 生 物 信 息 数 据 中 可 能使用的图示表达的内容进行表达方式的 规范,如数据表达成什么样的统计图、 数据 表或矢量图, 图 线 的 宽 度 、 颜 色 、 透 明 性 等 各种属性。

数据库的标准化工作是一项长期的工 作, 并 随 着 数 据 来 源 、 数 据 组 织 形 式 、 数 据 的 复 杂 性 等 因 素 在 不 断 地 进 行 改 进, 从标 准 化 工 作 的 实 施 来 看 , 还 应 当 根 据 实 际 应 用 进 行 总 结 和 提 炼, 并 且 随 着 数 据 标 准 的 应 用 和 数 据 的 变 化 进 行 调 整, 才 能 够 具 有 长 久 的 生 命 力 。

参考文献

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