華中科技大學(xué)《光電探測(cè)》5.1光伏探測(cè)器光電池

5光伏探測(cè)器（PV—Photovoltaic）光伏探測(cè)器——利用光生伏特效應(yīng)制成的光電探測(cè)器，是結(jié)型探測(cè)器。結(jié)型器件原理：在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，電子——空穴對(duì)漂移至兩端，形成電壓。PN結(jié)PIN結(jié)異質(zhì)結(jié)肖特基結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)§5.1

光伏探測(cè)器的工作原理勢(shì)壘擴(kuò)散漂移PPPNNN-+-++-E內(nèi)建電場(chǎng)+++------+++PN的形成光照正向電流光電流一、熱平衡下的PN結(jié)1.幾個(gè)物理參數(shù)勢(shì)壘高度結(jié)區(qū)寬度PN結(jié)電容PN結(jié)電流方程（伏安特性曲線）ID：流過(guò)PN結(jié)的電流I0：PN結(jié)的反向飽和電流V：加在PN結(jié)上的正向電壓IDV1：正向?qū)ú糠?：反向截止部分3：反向擊穿部分123正向電流ID二、有光照下的PN結(jié)1.光照下PN結(jié)的兩種工作模式擴(kuò)散：當(dāng)光照射PN結(jié)時(shí)，只要入射光子能量大于材料禁帶寬度，就會(huì)在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子－空穴對(duì)。這些非平衡載流子在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，空穴順著電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，電子逆電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)；漂移：在開(kāi)路狀態(tài)，在N區(qū)邊界積累光生電子，P區(qū)積累光生空穴，產(chǎn)生了一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)，即P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生了光生電壓Voc工作模式反向偏置的光電導(dǎo)工作模式零偏置的光伏工作模式２.光照下PN結(jié)的電流方程

有光照射時(shí)，若PN結(jié)電路接負(fù)載電阻RL,在PN結(jié)內(nèi)出現(xiàn)兩種方向相反的電流：RLIpIDNP零偏置的光伏工作模式——無(wú)外加電壓光激發(fā)產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)，在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，形成的光生電流Ip，它與光照有關(guān)，其方向與PN結(jié)反向飽和電流I0相同。SE為光照靈敏度在PN結(jié)施加反向偏置電壓，總電流是兩者之差：光生電流:光電導(dǎo)工作模式——加反向偏置電壓有光照下的伏安特性曲線如下：有光照下的伏安特性曲線負(fù)載電阻RL斷開(kāi)時(shí)IL=0，PN結(jié)兩端的電壓為開(kāi)路電壓，用Voc表示通常Ip>>I0；則：討論：開(kāi)路電壓Voc負(fù)載電阻短路時(shí)RL=0,短路電流：如果給PN結(jié)加上一個(gè)反向電壓Vb，外加電壓所建電場(chǎng)和PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)方向相同，使得結(jié)勢(shì)壘由qVD增加到q(VD+Vb)，使光照產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，提高了器件的頻率特性。短路電流頻率特性光伏探測(cè)器和光電導(dǎo)探測(cè)器的區(qū)別：1.產(chǎn)生光電變換的部位不同;2.結(jié)型器件有確定的正負(fù)極，而光電導(dǎo)器件沒(méi)有;3.光敏電阻依賴(lài)于非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動(dòng)，頻率響應(yīng)差；而結(jié)型器件主要依靠結(jié)區(qū)非平衡載流子中部分載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，響應(yīng)速度快;4.部分結(jié)型器件有內(nèi)增益，因此靈敏度高。光伏探測(cè)器應(yīng)用最廣泛§5.２

光電池一、硅光電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理２DR型硅光電池是以P型硅作為基底，

N型硅作為受光面２CR型硅光電池是以N型硅作為基底，

P型作為受光面光電池是一種不需加偏壓就能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的光電器件。根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的將光能轉(zhuǎn)變成電能的器件，光電池的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)大面積PN結(jié)。

按材料分：有硅、硒、硫化鎘、砷化鎵和無(wú)定型材料的光電池等。太陽(yáng)能電池——能量轉(zhuǎn)換光電池——探測(cè)按功能

光電池的主要功能是作為光電探測(cè)，在不加偏置的情況下將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，對(duì)它的要求是線性范圍寬、靈敏度高、光譜響應(yīng)合適、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)等。常用在光度、色度、光學(xué)精密計(jì)量和測(cè)試設(shè)備中。

光電池的結(jié)構(gòu)（硅光電池、硒光電池）硅光電池峰值波長(zhǎng)：850nm改進(jìn)的硅蘭光電池：550nm硒光電池光譜曲線與人眼視覺(jué)曲線相吻合用于光度測(cè)量硒光電池結(jié)構(gòu)示意圖鍺光電池：光譜延伸至近紅外1800nm

用于近紅外探測(cè)砷化鎵光電池：量子效率高，噪聲低，光譜在紫外和可見(jiàn)光二、硅光電池的特性參數(shù)1.光照特性：E0E1E2光電池的等效電路RLRshipCfVL等效微變電路iDRs以光電流方向?yàn)檎较颍和ǔs很小，有當(dāng)I=0時(shí)，得到開(kāi)路電壓當(dāng)V=0時(shí)，得到短路電流短路電流與光照成正比EVocIscIsc=SE?EI光譜特性圖為光電池的光譜響應(yīng)曲線，它表明了用單位輻射通量的不同波長(zhǎng)的光分別照射時(shí)，光電池短路電流大小的相對(duì)比較。

曬光電池的光譜響應(yīng)范圍為0