華中科技大學《光電探測》5.1光伏探測器光電池

5光伏探測器（PV—Photovoltaic）光伏探測器——利用光生伏特效應制成的光電探測器，是結型探測器。結型器件原理：在內建電場的作用下，電子——空穴對漂移至兩端，形成電壓。PN結PIN結異質結肖特基結內建電場§5.1

光伏探測器的工作原理勢壘擴散漂移PPPNNN-+-++-E內建電場+++------+++PN的形成光照正向電流光電流一、熱平衡下的PN結1.幾個物理參數勢壘高度結區(qū)寬度PN結電容PN結電流方程（伏安特性曲線）ID：流過PN結的電流I0：PN結的反向飽和電流V：加在PN結上的正向電壓IDV1：正向導通部分2：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1.光照下PN結的兩種工作模式擴散：當光照射PN結時，只要入射光子能量大于材料禁帶寬度，就會在結區(qū)產生電子－空穴對。這些非平衡載流子在內建電場的作用下，空穴順著電場運動，電子逆電場運動；漂移：在開路狀態(tài)，在N區(qū)邊界積累光生電子，P區(qū)積累光生空穴，產生了一個與內建電場方向相反的光生電場，即P區(qū)和N區(qū)之間產生了光生電壓Voc工作模式反向偏置的光電導工作模式零偏置的光伏工作模式２.光照下PN結的電流方程

有光照射時，若PN結電路接負載電阻RL,在PN結內出現兩種方向相反的電流：RLIpIDNP零偏置的光伏工作模式——無外加電壓光激發(fā)產生的電子－空穴對，在內建電場作用下，形成的光生電流Ip，它與光照有關，其方向與PN結反向飽和電流I0相同。SE為光照靈敏度在PN結施加反向偏置電壓，總電流是兩者之差：光生電流:光電導工作模式——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載電阻RL斷開時IL=0，PN結兩端的電壓為開路電壓，用Voc表示通常Ip>>I0；則：討論：開路電壓Voc負載電阻短路時RL=0,短路電流：如果給PN結加上一個反向電壓Vb，外加電壓所建電場和PN結內建電場方向相同，使得結勢壘由qVD增加到q(VD+Vb)，使光照產生的電子－空穴對在強電場作用下更容易產生漂移運動，提高了器件的頻率特性。短路電流頻率特性光伏探測器和光電導探測器的區(qū)別：1.產生光電變換的部位不同;2.結型器件有確定的正負極，而光電導器件沒有;3.光敏電阻依賴于非平衡載流子的產生與復合運動，頻率響應差；而結型器件主要依靠結區(qū)非平衡載流子中部分載流子的漂移運動，響應速度快;4.部分結型器件有內增益，因此靈敏度高。光伏探測器應用最廣泛§5.２

光電池一、硅光電池的基本結構和工作原理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換成電能的光電器件。根據光生伏特效應制成的將光能轉變成電能的器件，光電池的基本結構是一個大面積PN結。

按材料分：有硅、硒、硫化鎘、砷化鎵和無定型材料的光電池等。太陽能電池——能量轉換光電池——探測按功能

光電池的主要功能是作為光電探測，在不加偏置的情況下將光信號轉換成電信號，對它的要求是線性范圍寬、靈敏度高、光譜響應合適、穩(wěn)定性高、壽命長等。常用在光度、色度、光學精密計量和測試設備中。

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

用于近紅外探測砷化鎵光電池：量子效率高，噪聲低，光譜在紫外和可見光二、硅光電池的特性參數1.光照特性：E0E1E2光電池的等效電路RLRshipCfVL等效微變電路iDRs以光電流方向為正方向：通常Rs很小，有當I=0時，得到開路電壓當V=0時，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曲線，它表明了用單位輻射通量的不同波長的光分別照射時，光電池短路電流大小的相對比較。

曬光電池的光譜響應范圍為0