第2章 结型光电器件.ppt

不同光照下的伏安特性曲线 一般硅光电池工作在第三四象限的交界处。若反偏，则伏安特性将延伸到第三象限； 普通二极管工作在第一象限；光电二极管工作在第三象限，否则没有光电效应。 跟反向饱和电流方向相同 二、硅光电池 光电池主要功能是在零偏置的情况下能将光信号转换成电信号。按用途光电池可分为太阳能光电池和测量光电池 20世纪以来，人类在太阳能的利用方面，主要 开发3项技术： 1.把太阳能转换为热能技术，如太阳能热水器、取 暖器等； 2.太阳能电池和太阳能电站等； 3.正在进行可行性研究技术，如太阳能卫星（太空 电站）。由卫星组成的太空电站可在高空轨道上大面积聚集阳光，并转换成电能，再通过微波发生器转换成微波发回地面，地面接收天线再把微波整流并送往相关电力网，供用户使用。 两种转换方式? （二）分类： 1、金属-半导体接触型（肖特基结）（硒光电池）； 2、PN结型（硅光电池）。 2DR（P型Si为基底） 2CR（N型Si为基底） 透明的二氧化硅保护膜：防潮、增加对入射光的吸收 （1）按基底材料来分： 2.2 硅光电池的基本结构和工作原理 硅光电池的受光面的输出电极多做成梳齿状或“E”字型电极，其目的是便于透光和减小硅光电池的内电阻。 图2DR型硅光电池，它是以P型硅为衬底，然后在衬底上扩散磷而形成N型层并将其作为受光面。 注意： 1、上、下电极区分 2、上电极栅指状目的 3、受光表面涂保护膜的目的 （2）按结构 阵列式：分立的受光面； 象限式（激光制导）：参数相同的独立光电池； 硅蓝光电池（探测蓝紫光）：PN结距受光面很近。 （3）按用途 太阳能光电池：用作电源（效率高，成本低）； 测量用光电池：探测器件（线性、灵敏度高等）。 （4）按材料 硅光电池：光谱响应宽，频率特性好； 硒光电池：波谱峰值位于人眼视觉内； 薄膜光电池：CdS增强抗辐射能力； 紫光电池：PN结0.2~0.3 μm,短波峰值600nm。 硅光电池的特性参数 光照特性有伏安特性、照度-电流电压特性和照度-负载特性。 1.光照特性 特性参数主要有：光照特性、光谱特性、频率特性、温度特性 不同照度时的伏-安特性曲线.一般硅光电池工作在第四象限。若硅光电池工作在反偏置状态，则伏安特性将延伸到第三象限 伏安特性：表示输出电流和电压随负载电阻变化的曲线。 在线性测量中,光电池常以电流形式使用,因此短路电流的这种线性关系是光电池重要的光照特性 这就是硅光电池的开路电压和短路电流与光照的关系,由此图可看出什麽? 当RL=∞(开路)时，光电池的开路电压，以Voc表示 当RL＝0 时所得的电流称为光电池短路电流，以Isc表示 实际应用时，都接 负载，光电池光照与负 载的特性曲线 在要求输出电流与光照度成线性关系时，负载电阻在条件许可的情况下越小越好，并限制(禁止)在强光照范围内使用 几种常见光电池的相对光谱响应曲线:硒光电池与人眼视见函数相似，砷化镓量子效率高，噪声低，响应在紫外区和可见光区。 2.光谱特性 光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件 下，光电池所产生的短路电流与入射光波长之间的关 系，一般用相对响应表示。 线性测量中，要求光电池有高的灵敏度和稳定 性，同时要求与人眼视见函数有相似的光谱响应特 性。 锗光电池长波响应宽，适合作红外探测器 由图可见：负载大时频率特性变差，减小负载可减小时间常数τ，提高频响。但是负载电阻RL的减小会使输出电压降低，实际使用时根据具体要求而定。 3.频率特性 对矩形脉冲光，用光电流上升时间常数tr和下降时间常数tf来表征光电流滞后于光照的程度；对正弦型光照常用频率特性曲线表示 结型光电器件，PN结内载流子的扩散、漂移，产生与复合都需要一定的时间，当光照变化很快时，光电流变化就滞后于光照变化。 右图为硅光电池的频率特性曲线。 4．温度特性 光电池的温度特性曲线主要指光照射时它的开路 电压Uoc与短路电流Isc随温度变化的情况。 光电池的温度特性曲线如图所示 从图知：开路电压Uoc随着温度的升高而减小,其值约为2～3mV/oC; 从图知：短路电流Isc随着温度的升高而增大，增大比例约为10-5～10-3mA/oC数量级。 为什么？ 因为反向饱 和电流也增大。 光电池应用 把光能直接转化成电能，需要最大的输出功率和转化效率。 1、光电池用作太阳能电池 利用其光敏面大，频率响应高，光电流与照度线性变化，适用于开关和线性测量等。 2、光电池用作检测元件 可把受光面做得较大，或把多个光电池作串联或并联组成电池组，与镍镉蓄电池配合