LED 的能量转换与能量守恒
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（3）晶格给电子势能提高的能量，会从外界吸收以及被焦耳热补充。在一定的条件下（特定的结构
和焦耳热不足时），会从外界环境吸收能量，造成致冷现象。
（4）只有找对了系统，才能看到能量守恒，否则就会得出能量不守恒的错误结论。
日明光电（深圳）有限公司
江良荣
选自夏俊峰先生研究
—能量不守恒？
在资料【1】【2】【3】中我都讲解了LED的发光机理，LED的光能并不是电能直接转换得到的，光
子的能量大小与电子在电场中获得的动能是无关的，只是与禁带宽度有关。电子在通过PN结时势能提
高，并非是外电场给了它更多的动能——导体中任何一处自由电子在外电场作用下定向移动的速度都
不可能比其它地方的自由电子的定向移动速度快！否则就会产生某处自由电子多，某处自由电子少的
LED的能量转换与能量守恒
之前我已多次谈到LED热量产生原因【1】【2】【3】，我并没有敢大胆预言光能会大于电能的现象，
最近看了一篇资讯【4】，这个现象已经被实验验证了。这篇资讯中讲到，“在实验中，研究人员减少
了LED的输入功率，仅30皮瓦，而测量到输出达69皮瓦的光量，效率高达230%”。很多人都会质疑—
变化示意图见图1下图。如果将电流的方向反过来，则放热端和吸热
端也将调换。
半导体致冷器的吸热和大于电流焦耳热的放热，是由于电子通过
两种导体的接面时能级发生改变而产生的。电子在冷端从P型进入金
属时，由低能级跃入高能级，从原子核吸收了能量，原子核又从外界
环境吸收能量，造成外界温度降低。当电子从金属进入N型半导体材
疑问。我推断，美国研究者只注意到光电方面的测试，没有注意测试各方面的温度——这也不是他们
研究的问题，或一时也没有注意到。
至此，可以得出结论：
（1）通过LED的电能转化为电子的动能，并全部转化为热能。
（2）LED的光能来自电子移动过程中通过两种导体接面时吸收晶格能量跃迁累积的势能。势能的大
小与外电流大小wk.baidu.com关，仅与材料本身相关。
低，可是为什么LED会有那么大的热量？这不矛盾。由于有电能转化的热能，弥补了这部分能量。并
且由于结构上的因素，通常情况下我们不能感到温度降低的现象。这个现象，我想通过半导体致冷器
的例子来讲，大家或许会明白。
半导体制冷器的原理结构如图1所示。当着电流由N型流向P型时，
半导体制冷的放热端和吸热端如图1所示。电子随电流运动时能级的
一般人怕是没有条件测试致冷效率的。但是，可以简单测试一下致热效率，你会发现，产生的热功率
总是大于电功率的。
为什么要花费这么多力气来讲半导体致冷器？因为半导体致冷器已经是成熟的产品。凡是用过半
导体致冷器的人，都不会为它的致冷效率和致热效率会大于100％而大惊小怪。（这种致热效率大于
100％的状况增加了它使用的难度，也限制了它的用途）。其实LED的产热和发光问题与上述原理是相
会观察到有吸热现象。除非在很小的电流下，由于吸收的能量大于
电流产生的热量，才可能观察到PN结出处的降温现象。也就是说，
只有电流小到致冷效率大于1时，才能观察到产冷现象。
上面只是对半导体致冷器的简单讲述，更详细的理论，大家可
以找半导体物理或关于半导体致冷器方面的书籍看看。有兴趣的可
放热
图2
放热
以去电子市场或相关厂商买个半导体致冷器测试一下。不过测试致冷效率比较麻烦，需要一些设备，
料中，由低能级跃入高能级，从原子核吸收了能量，原子核又从外界
环境吸收能量，造成外界温度降低。而在放热端，电子由金属进入P
型材料，由高能级落入低能级，释放出多余的能量；电子有N型材料
电
子
能
级
金属
金属
放热
吸热
金属
图1
放热
金属
进入金属，也是由高能级落入地能级，放出多余的能量。从宏观效果上看，可以简单地比喻为，通过
产冷功率大于电功率。这不仅仅是理论，实际的测试也是如此。
半导体致冷器的这种现象，其理论就是帕尔贴效应，更进一步就是能级理论。帕尔贴效应和能级
理论不是只对半导体材料才有效，而是对任何两种不同的导体都有效。
同样是这样的P型和N型材料，如果我们不是以图1的方式连接，而是采用图2的方式连接，通常情
况下，由于焦耳热抵消了电子在通过PN结时吸收的能量，就可能不
现象。电子通过PN结的动能没有比其它处电子的动能大，势能提高这部分能量来自哪里？是电子从原
子核处获得的！事实上，大家应该明白一个道理，电子的势能是相对原子核的。原本要受原子核束缚
的电子，要远离原子核提高自己的势能，只能是原子核给予，或者说原子核失去能量。原子核失去能
量的结果，使自身的振动减弱，宏观表现就是温度降低。我这么说，大家不免又要问了：你说温度降
电子的移动，将在冷端吸收的能量“搬”到了热端释放。所以，在由半导体致冷器、电源、致冷器外
界环境构成的系统中，参与整个过程的能量态有：电能、焦耳热、原子核振动能和环境热量。只有在
这个系统中，才能看到能量守恒。如果抛开外界环境，只看到半导体致冷器和电源，就无法解释能量
守恒。
根据理论分析，电流减小，致冷效率提高。当着电流小于某个值时，致冷效率就会大于100％，即
同的。LED的结构原理和图2类似，完全可以仿照上面的叙述来推论。所以也就没有必要再针对LED做
重复的叙述了。
由于通常材料的帕尔贴系数非常小，所以一般情况下是不能观测到致冷现象和多出焦耳热的产热
现象。美国科学家的研究，在及其微小的电流下检测到LED的光功率大于电功率的情况，就是帕尔贴
效应的体现。因为报到中没有提到致冷现象，所以，不了解帕尔贴效应的人自然会提出能量不守恒的
和焦耳热不足时），会从外界环境吸收能量，造成致冷现象。
（4）只有找对了系统，才能看到能量守恒，否则就会得出能量不守恒的错误结论。
日明光电（深圳）有限公司
江良荣
选自夏俊峰先生研究
—能量不守恒？
在资料【1】【2】【3】中我都讲解了LED的发光机理，LED的光能并不是电能直接转换得到的，光
子的能量大小与电子在电场中获得的动能是无关的，只是与禁带宽度有关。电子在通过PN结时势能提
高，并非是外电场给了它更多的动能——导体中任何一处自由电子在外电场作用下定向移动的速度都
不可能比其它地方的自由电子的定向移动速度快！否则就会产生某处自由电子多，某处自由电子少的
LED的能量转换与能量守恒
之前我已多次谈到LED热量产生原因【1】【2】【3】，我并没有敢大胆预言光能会大于电能的现象，
最近看了一篇资讯【4】，这个现象已经被实验验证了。这篇资讯中讲到，“在实验中，研究人员减少
了LED的输入功率，仅30皮瓦，而测量到输出达69皮瓦的光量，效率高达230%”。很多人都会质疑—
变化示意图见图1下图。如果将电流的方向反过来，则放热端和吸热
端也将调换。
半导体致冷器的吸热和大于电流焦耳热的放热，是由于电子通过
两种导体的接面时能级发生改变而产生的。电子在冷端从P型进入金
属时，由低能级跃入高能级，从原子核吸收了能量，原子核又从外界
环境吸收能量，造成外界温度降低。当电子从金属进入N型半导体材
疑问。我推断，美国研究者只注意到光电方面的测试，没有注意测试各方面的温度——这也不是他们
研究的问题，或一时也没有注意到。
至此，可以得出结论：
（1）通过LED的电能转化为电子的动能，并全部转化为热能。
（2）LED的光能来自电子移动过程中通过两种导体接面时吸收晶格能量跃迁累积的势能。势能的大
小与外电流大小wk.baidu.com关，仅与材料本身相关。
低，可是为什么LED会有那么大的热量？这不矛盾。由于有电能转化的热能，弥补了这部分能量。并
且由于结构上的因素，通常情况下我们不能感到温度降低的现象。这个现象，我想通过半导体致冷器
的例子来讲，大家或许会明白。
半导体制冷器的原理结构如图1所示。当着电流由N型流向P型时，
半导体制冷的放热端和吸热端如图1所示。电子随电流运动时能级的
一般人怕是没有条件测试致冷效率的。但是，可以简单测试一下致热效率，你会发现，产生的热功率
总是大于电功率的。
为什么要花费这么多力气来讲半导体致冷器？因为半导体致冷器已经是成熟的产品。凡是用过半
导体致冷器的人，都不会为它的致冷效率和致热效率会大于100％而大惊小怪。（这种致热效率大于
100％的状况增加了它使用的难度，也限制了它的用途）。其实LED的产热和发光问题与上述原理是相
会观察到有吸热现象。除非在很小的电流下，由于吸收的能量大于
电流产生的热量，才可能观察到PN结出处的降温现象。也就是说，
只有电流小到致冷效率大于1时，才能观察到产冷现象。
上面只是对半导体致冷器的简单讲述，更详细的理论，大家可
以找半导体物理或关于半导体致冷器方面的书籍看看。有兴趣的可
放热
图2
放热
以去电子市场或相关厂商买个半导体致冷器测试一下。不过测试致冷效率比较麻烦，需要一些设备，
料中，由低能级跃入高能级，从原子核吸收了能量，原子核又从外界
环境吸收能量，造成外界温度降低。而在放热端，电子由金属进入P
型材料，由高能级落入低能级，释放出多余的能量；电子有N型材料
电
子
能
级
金属
金属
放热
吸热
金属
图1
放热
金属
进入金属，也是由高能级落入地能级，放出多余的能量。从宏观效果上看，可以简单地比喻为，通过
产冷功率大于电功率。这不仅仅是理论，实际的测试也是如此。
半导体致冷器的这种现象，其理论就是帕尔贴效应，更进一步就是能级理论。帕尔贴效应和能级
理论不是只对半导体材料才有效，而是对任何两种不同的导体都有效。
同样是这样的P型和N型材料，如果我们不是以图1的方式连接，而是采用图2的方式连接，通常情
况下，由于焦耳热抵消了电子在通过PN结时吸收的能量，就可能不
现象。电子通过PN结的动能没有比其它处电子的动能大，势能提高这部分能量来自哪里？是电子从原
子核处获得的！事实上，大家应该明白一个道理，电子的势能是相对原子核的。原本要受原子核束缚
的电子，要远离原子核提高自己的势能，只能是原子核给予，或者说原子核失去能量。原子核失去能
量的结果，使自身的振动减弱，宏观表现就是温度降低。我这么说，大家不免又要问了：你说温度降
电子的移动，将在冷端吸收的能量“搬”到了热端释放。所以，在由半导体致冷器、电源、致冷器外
界环境构成的系统中，参与整个过程的能量态有：电能、焦耳热、原子核振动能和环境热量。只有在
这个系统中，才能看到能量守恒。如果抛开外界环境，只看到半导体致冷器和电源，就无法解释能量
守恒。
根据理论分析，电流减小，致冷效率提高。当着电流小于某个值时，致冷效率就会大于100％，即
同的。LED的结构原理和图2类似，完全可以仿照上面的叙述来推论。所以也就没有必要再针对LED做
重复的叙述了。
由于通常材料的帕尔贴系数非常小，所以一般情况下是不能观测到致冷现象和多出焦耳热的产热
现象。美国科学家的研究，在及其微小的电流下检测到LED的光功率大于电功率的情况，就是帕尔贴
效应的体现。因为报到中没有提到致冷现象，所以，不了解帕尔贴效应的人自然会提出能量不守恒的