檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)第5章3

電能量傳感器第三部分壓電傳感器的應(yīng)用例1：壓電式測力傳感器壓電式三向力傳感器2012.10.6例2：壓電式壓力傳感器電極結(jié)構(gòu)預(yù)緊力2012.10.6例3：壓電引信壓電陶瓷：彈丸起爆裝置——破甲彈2012.10.6例4：火炮膛內(nèi)壓力測試發(fā)射藥在膛內(nèi)燃燒形成壓力完成炮彈的發(fā)射。膛內(nèi)壓力的大小，不僅決定著炮彈的飛行速度，而且與火炮、彈丸的設(shè)計有著密切關(guān)系。2012.10.6四、壓電式傳感器的應(yīng)用

2012.10.61.壓電式加速度傳感器

圖是一種壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成。整個部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定。壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖2012.10.62012.10.6

當加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力是加速度的函數(shù)，即F=ma（3-14）式中：F——質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力；

m——質(zhì)量塊的質(zhì)量；

a——加速度。

此時慣性力F作用于壓電元件上，因而產(chǎn)生電荷q，當傳感器選定后，m為常數(shù)，則傳感器輸出電荷為q=d11F=d11ma與加速度a成正比。因此，測得加速度傳感器輸出的電荷便可知加速度的大小。2012.10.62.壓電式壓力傳感器

圖5-19是壓電式單向測力傳感器的結(jié)構(gòu)圖，主要由石英晶片、絕緣套、電極、上蓋及基座等組成。圖5-19壓力式單向測力傳感器結(jié)構(gòu)圖

2012.10.6

傳感器上蓋為傳力元件，它的外緣壁厚為0.1-0.5mm，當外力作用時，它將產(chǎn)生彈性變形，將力傳遞到石英晶片上。石英晶片采用xy切型，利用其縱向壓電效應(yīng)，通過d11實現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換。石英晶片的尺寸為φ8×1mm。該傳感器的測力范圍為0-50N，最小分辨率為0.01N，固有頻率為50-60kHz，整個傳感器重為10g。2012.10.62012.10.62012.10.6例6：沖擊試驗臺的標定和檢測產(chǎn)品過載沖擊試驗跌落高度h被沖擊介質(zhì)：鋼、橡膠、塑料、木塊加速度產(chǎn)品2012.10.6例7：汽車安全氣囊系統(tǒng)事故性碰撞：點火信號、電點火管、氣體發(fā)生劑、氣體、充氣、彈性體2012.10.6例8：氣體發(fā)生器輸出特性測試密封容器壓力測試法2012.10.6例9：振動測量儀加速度160ug-10g速度0.4-80cm/s振幅4um-8cm轉(zhuǎn)換開關(guān)SA：V：D：積分：振動速度、幅值2012.10.6例10：壓電式血壓傳感器例11：指套式電子血壓計2012.10.6例12：玻璃破碎報警器2012.10.6例13：水深測量儀2012.10.6例14：逆壓電效應(yīng)的應(yīng)用聲表面波傳感器延遲時間SAW振子：LC諧振回路振動頻率2012.10.6用于結(jié)冰狀況監(jiān)測的冰傳感器結(jié)冰現(xiàn)象的危害：鐵路電力機車接觸網(wǎng)導線上結(jié)冰影響機車正常行駛、冷庫物資防冰、飛機安全飛行結(jié)冰狀況監(jiān)測：是否結(jié)冰、冰層厚度基于壓電效應(yīng)的冰傳感器原理：三電極片式壓電器件：2012.10.6電極1、2間加交變電壓：壓電晶體機械振動，系統(tǒng)的諧振頻率：——等效剛度——等效質(zhì)量冰層檢測原理：極板1上無附加物：以自身的諧振頻率作機械振動；極板1上有冰凍：冰層增加系統(tǒng)剛度，諧振頻率增大；冰層越厚：剛度增加越大，諧振頻率越大。三電極壓電元件：T型LC三端元件，構(gòu)成振蕩電路。2012.10.6光電池是一種光電轉(zhuǎn)換元件，它不需外加電源而能直接把光能轉(zhuǎn)換為電能

硅光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)而制成的光電轉(zhuǎn)換元件

性能穩(wěn)定，光譜響應(yīng)范圍寬，轉(zhuǎn)換效率高，線性相應(yīng)好，使用壽命長，耐高溫輻射，光譜靈敏度和人眼靈敏度相近等。它在分析儀器、測量儀器、光電技術(shù)、自動控制、計量檢測、計算機輸入輸出、光能利用等領(lǐng)域用作探測元件，得到廣泛應(yīng)用第四節(jié)光電池2012.10.6光電池2012.10.6光電池種類繁多，早期出現(xiàn)的有氧化亞銅光電池，因轉(zhuǎn)換效率低已很少使用。目前應(yīng)用較多的是硒光電池和硅光電池。硒光電池因光譜特性與人眼視覺很相近，頻譜較寬，故多用于曝光表、照度計等分析、測量儀器。硅光電池與其它半導體光電池相比，不僅性能穩(wěn)定，還是目前轉(zhuǎn)換效率最高(達到17％)的幾乎接近理論極限的一種光電池。此外，還有薄膜光電池、紫光電池、異質(zhì)結(jié)光電池等。薄膜光電池是把硫化鎘等材料制成薄膜結(jié)構(gòu)，以減輕重量、簡化陣列結(jié)構(gòu)，提高抗輻射能力和降低成本。紫光電池是把硅光電池的PN結(jié)減薄至結(jié)深為0.2～0.3μm，光譜響應(yīng)峰值移到600nm左右，來提高短波響應(yīng)，以適應(yīng)外層空間使用。2012.10.6光電池硒光電池的光譜特性

0.2

0.40.60.81.01.210080

60

4020

0電壓源：將光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱觿菸怆姵毓韫怆姵匚怆姵氐慕Y(jié)構(gòu)（1）硒光電池2012.10.6硒光電池的伏安特性（2）硅光電池硅光電池的結(jié)構(gòu)2012.10.6

直接把太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的器件(光伏效應(yīng))，光伏效應(yīng)本質(zhì)上是由于吸收光輻射而產(chǎn)生電動勢現(xiàn)象。

1839年貝克里爾(Becqurel)觀察到插在電解液中兩電極間的電壓隨光照強度變化的現(xiàn)象。

1876年在固體硒中，弗里茲(Fritts)也觀測到這種效應(yīng)。盡管光伏效應(yīng)在氣體、液體或固體中都能發(fā)生，但只有在固體中，尤其在半導體材料中，才能獲得可供利用的光電轉(zhuǎn)換效率。2012.10.6

1954年第一個實用半導體硅pn結(jié)太陽電池的問世，證明了這一點。半導體太陽電池的優(yōu)點是效率高、壽命長、重量輕、性能可靠，甚至可以不用維護，使用方便。從1958年開始，用作人造衛(wèi)星、宇宙飛船、行星際站的重要長期電源。

目前的太陽電池成本較高，大規(guī)模的太空應(yīng)用或地面應(yīng)用都受到限制。人類正在研究新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的高效率、低成本的太陽電池。2012.10.6緊急交通標志

太陽能電池還裝在人造衛(wèi)星上，用來為其供電。海上應(yīng)用日常生活太陽能電池的計算器2012.10.62012.10.6

太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。

2012.10.6硅光電池結(jié)構(gòu)示意圖

圖形符號

光電池2012.10.62012.10.6光電池外形光敏面2012.10.6光電池組

光電池

光電池

常見的光電池

2012.10.62012.10.6能提供較大電流的大面積光電池外形2012.10.6硅光電池結(jié)構(gòu)示意如圖-+RLpn防反射膜(SiO2）pn+-SiO2pn結(jié)硅光電池2012.10.6光電池的表示符號、基本電路及等效電路如圖所示。IUIdUIRLIΦ(a)(b)(c)光電池符號和基本工作電路2012.10.6半導體太陽電池種類繁多。有太空用太陽電池的理想材料硅、砷化鎵、磷化銦單晶；多晶硅，還有適宜發(fā)展低成本太陽電池的非晶硅、硒銦銅、碲化鎘、硫化鎘等薄膜材料。pn型pin型肖特基勢壘型帶反型層的MIS型及異質(zhì)結(jié)型按光伏結(jié)構(gòu)中勢壘的不同，太陽電池可分為：2012.10.6——不同頻率或波長的光具有不同的能量光電效應(yīng)波動性：以光速運動，干涉、衍射粒子性：具有一定的質(zhì)量和能量的粒子光——以光速運動的粒子流波粒二象性2012.10.6金屬金屬氧化物半導體光照

電子——光電效應(yīng)是光電傳感器的基本轉(zhuǎn)換原理光照半導體

電子在物體內(nèi)部運動內(nèi)光電效應(yīng)金屬金屬氧化物光照

電子逸出物體表面外光電效應(yīng)1、定義及分類2012.10.6——只有當入射光能量大于電子逸出功時，才能產(chǎn)生光電子，紅限頻率——光電流與入射光強成正比——光電子逸出物體表面具有初始動能，負截止電壓——從光照至發(fā)射電子，時間<10-9s2、外光電效應(yīng)電子吸收光子能量克服物質(zhì)的束縛，電子逸出功轉(zhuǎn)化為逸出電子的動能2012.10.63、內(nèi)光電效應(yīng)光生電子-空穴對光電導效應(yīng)光生伏特效應(yīng)載流子數(shù)目增多、電導率變大條件：入射光能量大于半導體材料的禁帶寬度4、光電導效應(yīng)2012.10.6能帶理論能級（EnegyLevel）在孤立原子中，原子核外的電子按照一定的殼層排列，每一殼層容納一定數(shù)量的電子。每個殼層上的電子具有分立的能量值，也就是電子按能級分布。為簡明起見，在表示能量高低的圖上，用一條條高低不同的水平線表示電子的能級，此圖稱為電子能級圖。禁帶（ForbiddenBand）：允許被電子占據(jù)的能帶稱為允許帶，允許帶之間的范圍是不允許電子占據(jù)的，此范圍稱為禁帶。

原子殼層中的內(nèi)層允許帶總是被電子先占滿，然后再占據(jù)能量更高的外面一層的允許帶。被電子占滿的允許帶稱為滿帶，每一個能級上都沒有電子的能帶稱為空帶。2012.10.6能帶理論能級（EnegyLevel）價帶（ValenceBand）：原子中最外層的電子稱為價電子，與價電帶。

導帶（ConductionBand）：價帶以上能量最低的允許帶稱為導帶。導帶的底能級表示為Ec，價帶的頂能級表示為Ev，Ec與Ev之間的能量間隔為禁帶Eg。導體或半導體的導電作用是通過帶電粒子的運動（形成電流）來實現(xiàn)的，這種電流的載體稱為載流子。導體中的載流子是自由電子，半導體中的載流子則是帶負電的電子和帶正電的空穴。對于不同的材料，禁帶寬度不同，導帶中電子的數(shù)目也不同，從而有不同的導電性。

2012.10.6——對于每種半導體材料存在一個入射光的波長限——入射光光強愈強，電導率愈大——入射光波長——禁帶寬度光照下，使半導體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。4、光生伏特效應(yīng)2012.10.6一、光伏效應(yīng)的兩個基本條件光伏效應(yīng)就是半導體材料吸收光能后，在其勢壘區(qū)兩邊產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。光伏效應(yīng)是半導體太陽電池實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)。為使這些光電器件能產(chǎn)生光生電動勢(或光生積累電荷)，它們應(yīng)該滿足以下兩個條件：2012.10.6

第一，半導體材料對一定波長的入射光有足夠大的光吸收系數(shù)α，即要求入射光子的能量hγ大于或等于半導體材料的禁帶寬度Eg，使該入射光子能被半導體吸收而激發(fā)出光生非平衡的電子空穴對。第二，具有光伏結(jié)構(gòu)，即有一個內(nèi)建電場所對應(yīng)的勢壘區(qū)。2012.10.6

光電池核心部分是一個PN結(jié)，一般做成面積較大的薄片狀，來接收更多的入射光。圖示的是硒光電池的結(jié)構(gòu)。制造工藝是：先在鋁片上覆蓋一層P型硒，然后蒸發(fā)一層鎘，加熱后生成N型硒化鎘，與原來P型硒形成一個大面積PN結(jié)，最后涂上半透明保護層，焊上電極，鋁片為正極，硒化鎘為負極。2012.10.6光電池的工作原理N型硅片PN結(jié)擴散層（P層）電極光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它可把太陽能直接變電能，因此又稱為太陽能電池。它是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是發(fā)電式有源元件。2012.10.6出去活動一下2012.10.6二硅光電池的工作原理

硅光電池是一個大面積的光電二極管，它可把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當有光照時，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導帶，激發(fā)出的電子空穴對在內(nèi)電場作用下分別漂移到N型區(qū)和P型區(qū)，當在PN結(jié)兩端加負載時就有一光生電流流過負載。光電池結(jié)構(gòu)示意圖2012.10.62012.10.6

在零偏條件下，如用光照射p區(qū)或n區(qū)，只要照射光的波長滿足λλc，都會激發(fā)出光生電子--空穴對。光照p區(qū)，由于p區(qū)的多數(shù)載流子是空穴，光照前熱平衡空穴濃度本來就比較大，因此光生空穴對p區(qū)空穴濃度影響很小。相反，光生電子對p區(qū)的電子濃度影響很大，從p區(qū)表面(吸收光能多，光生電子多)向p區(qū)內(nèi)自然形成電子擴散趨勢。如果p區(qū)厚度小于電子擴散長度，那么大部分光生電子都能擴散進入P-n結(jié)。2．pn結(jié)的光電轉(zhuǎn)換原理2012.10.6

一進入p-n結(jié)．就被內(nèi)電場拉向n區(qū)。這樣．光生電子-空穴對就被內(nèi)電場分離開來，空穴留在p區(qū)，電子通過擴散流向n區(qū)。這時用電壓表就能測量出p區(qū)正,n區(qū)負的開路電壓un，稱為光生伏特效應(yīng)。如果用一個理想電流表接通p-n結(jié)，則有電流i0通過．稱為短路電流。綜上所述，光照零偏p-n結(jié)產(chǎn)生開路電壓的效應(yīng)，稱為光伏效應(yīng)。這也是光電池的工作原理。2012.10.6

從上面分析可知，光生電壓起源于定向光生電流提供的、在勢壘兩邊分別積累的兩種光生電荷。假設(shè)勢壘區(qū)中復(fù)合可以忽略，各區(qū)電子空穴對產(chǎn)生率為恒定值G的簡單情況下，光生電流表達式可寫成：

IPh

＝qAG(Ln+W+Lp

)

式中q是電子電荷，A為勢壘區(qū)面積，Ln、Lp是電子和空穴的擴散長度，Ｗ是勢壘區(qū)寬度。2012.10.6

（1）PN結(jié)兩端的電流：

光電池處于零偏時，V＝0，流過PN結(jié)的電流I＝－IP；光電池處于反偏時（實驗中取V＝－5V），流過PN結(jié)的電流I＝－IP-Is，當光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。

2012.10.6（2）光電流IP與輸出光功率Pi之間的關(guān)系：

R為響應(yīng)率，R值隨入射光波長的不同而變化，對不同材料制作的光電池R值分別在短波長和長波長處存在一截止波長。2012.10.6

由上述分析可知，理想pn結(jié)太陽電池可以用一恒定電流源Iph(光生電流)及一理想二極管的并聯(lián)來表示。故理想pn結(jié)太陽電池的等效電路如圖所示?？紤]實際太陽電池上存在泄漏電阻Rsh和串聯(lián)電阻Rs，那么，實際等效電路如圖示。二、等效電路、伏安特性及輸出特性l．pn結(jié)太陽電池的等效電路2012.10.6

2．理想情況

在理想情況下，pn結(jié)太陽電池的Rsh很大，Rs很小，兩者影響都可忽略。根據(jù)圖所示理想等效電路，三股電流應(yīng)滿足如下關(guān)系：

Iph-IF＋I＝０

其中理想pn結(jié)二極管的正向注入電流為：

式中I0是pn結(jié)反向飽和電流，q是電子電荷，k是玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對溫度。將式代入得到通過負載的電流：2012.10.6

這就是理想情況下負載電阻上電流與電壓的關(guān)系，即太陽電池的伏安特性。其曲線如圖所示。從式及其伏安特性曲線上，可以得出描述太陽電池的幾個輸出參數(shù)[（1）短路電流Isc，是V=0時的輸出電流。在理想情況下，它等于光生電流Iph

（2）開路電壓Voc。令式中I=0，則給出開路電壓的理想值：2012.10.62012.10.6L/klx

L/klx

5432100.10.20.30.40.5246810開路電壓Uoc

/V0.10.20.30.4

0.50.30.1012345Uoc/VIsc

/mAIsc/mA(a)硅光電池(b)硒光電池（1）光照特性光電器件工作電壓一定時，入射光通量與光電流的關(guān)系

開路電壓曲線：光生電動勢與照度之間的特性曲線，當照度為2000lx時趨向飽和。短路電流曲線：光電流與照度之間的特性曲線開路電壓短路電流短路電流2012.10.6硅光電池的光照特性

0

2000

40006000

800010000

0.60.5

0.4

0.30.2

0.1

100

80

6040

202012.10.62012.10.6

3）太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率η

式中Pin是入射到電池上光總功率。實際上，太陽電池存在著Rs

和Rsh的影響。根據(jù)實際等效電路，可以推導出實際太陽電池的伏安特性：3．非理想情況2012.10.6

光電轉(zhuǎn)換效率η是表征太陽電池性能的最重要的參數(shù)。闡述入射太陽輻射功率計算的依據(jù)，再以硅pn結(jié)太陽電池為主，兼顧其它種類電池，討論理想情況下最大理論效率的一種考慮計算方法?？紤]在非理想情況下，影響效率的諸多因素及效應(yīng)。太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率2012.10.6太陽能電池的性能指標--轉(zhuǎn)換效率

太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率是指電池將接收到的光能轉(zhuǎn)換成電能的比率

晶硅類理論轉(zhuǎn)換效率極限為29%。而現(xiàn)在的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為17%～19%。因此,太陽能電池的技術(shù)上還有很大的發(fā)展空間。2012.10.62012.10.6硅光電池的光譜特性

0.2

0.40.60.81.01.210080

60

4020

0硅光電池的伏安特性光譜特性：工作電壓不變，入射光波長與靈敏度（量子效率）的關(guān)系2012.10.6204060801000.40.60.81.01.20.2I/%12λ/μm(2)光譜特性

光電池的光譜特性決定于材料。從曲線可看出，硒光電池在可見光譜范圍內(nèi)有較高的靈敏度，峰值波長在540nm附近，適宜測可見光。硅光電池應(yīng)用的范圍400nm—1100nm，峰值波長在850nm附近，因此硅光電池可以在很寬的范圍內(nèi)應(yīng)用。1——硒光電池2——硅光電池2012.10.6

太陽電池所利用的太陽能來源于太陽輻射。太陽中心發(fā)生的核聚變反應(yīng)，連續(xù)不斷地釋放出巨大能量，主要以光輻射形式從太陽表面的發(fā)光層向太空輻射。表面發(fā)光層溫度約6000K，其輻射光譜與6000K絕對黑體的連續(xù)輻射光譜類似(見圖)。

太陽輻射光譜AM0和AMl.52012.10.6

太陽輻射經(jīng)過日-地平均距離(約1.5×108公里)，傳播到地球大氣層外面，其輻射能面密度已大大降低。在這個距離上，垂直于太陽輻射方向單位面積上的輻射功率基本上是個常數(shù)，稱為太陽常數(shù)。其數(shù)值是1.353kW／m2。這是許多國家使用高空氣球、高空飛機、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等對太陽輻射進行大量測試、綜合而得到的公認數(shù)據(jù)。2012.10.6

目前世界上許多國家把太陽常數(shù)作為計算太空用太陽電池的入射光功率密度的依據(jù)，又稱AMO光譜條件。在此條件下測試太空用太陽電池效率時，光源應(yīng)滿足圖AMO的光譜分布，總能量為135.3mW／cm2，電池測試溫度為25℃。2012.10.6

AMO光譜的太陽輻射經(jīng)過大氣層中臭氧、氧氣、水汽、二氧化碳及懸浮固體微粒(煙塵、粉等)的吸收、散射和反射，到達地面時，光譜分布上出現(xiàn)了許多吸收谷，而且總輻射能至少衰減掉30％(如圖所示)。在晴朗天氣的理想條件下，決定投射于地面的太陽輻射功率的最重要參數(shù)是光穿過大氣層通路的長度。當太陽位于天頂，該長度最短。任一實際光通路長度與此最短長度之比稱為大氣質(zhì)量，符號記為AM(AirMass的縮寫)。2012.10.62012.10.6(3)頻率特性

光電池作為測量、計數(shù)、接收元件時常用調(diào)制光輸入。光電池的頻率響應(yīng)就是指輸出電流隨調(diào)制光頻率變化的關(guān)系。由于光電池PN結(jié)面積較大，極間電容大，故頻率特性較差。圖示為光電池的頻率響應(yīng)曲線。由圖可知，硅光電池具有較高的頻率響應(yīng)，如曲線2，而硒光電池則較差，如曲線1。204060801000I/%1234512f/kHz1——硒光電池2——硅光電池2012.10.62012.10.6（4）溫度特性

光電池的溫度特性是指開路電壓和短路電流隨溫度變化的關(guān)系。由圖可見，開路電壓與短路電流均隨溫度而變化，它將關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器設(shè)備的溫度漂移，影響到測量或控制精度等主要指標，因此，當光電池作為測量元件時，最好能保持溫度恒定，或采取溫度補償措施。2004060904060UOC/mVT/oCISCUOCISC

/μA600400200UOC——開路電壓ISC——短路電流硅光電池在1000lx照度下的溫度特性曲線2012.10.6

太陽電池在光電能量轉(zhuǎn)換過程中，由于存在各種附加的能量損失，實際效率比上述的理論極限效率低。下面以pn結(jié)硅太陽電池為例,來闡述各種能量損失之機理，作為改進太陽電池的設(shè)計及工藝，提高其效率的基礎(chǔ)。影響太陽電池效率的一些因素2012.10.6太陽電池效率損失中，有三種是屬于“光學損失”，其主要影響是降低了光生電流值。（1）反射損失R(λ)：從空氣(或真空)垂直入射到媒質(zhì)(如半導體材料)的單色光的反射率：

1．光生電流的光學損失式中n為半導體材料復(fù)數(shù)折射率N之實部，即普通折射率，k是其虛部，稱為消光系數(shù)。2012.10.6

每種材料的n和k都與入射光之波長有關(guān)。對硅來說，其關(guān)系曲線如圖所示。把n、k的結(jié)果代入式中，發(fā)現(xiàn)在感興趣的太陽光譜中，超過30%的光能被裸露硅表面反射掉了。硅折射率的實部n與虛部k與光子能量的關(guān)系2012.10.6(3)透射損失：如果電池厚度不足夠大，某些能量合適能被吸收的光子可能從電池背面穿出。這決定了半導體材料之最小厚度。(2)柵指電極遮光損失c，定義為柵指電極遮光面積在太陽電池總面積中所占的百分比。對一般電池來說，c約為4%～15%。Pn結(jié)硅太陽電池的截面圖間接帶隙半導體要求材料的厚度比直接帶隙的厚。對于硅和砷化鎵的計算結(jié)果示于圖中。光生載流子的定向運動形成光生電流Iph最大光生電流值為：2012.10.6式中Nph(Eg)為每秒鐘投射到電池上能量大于Eg的總光子數(shù)。Iphmax=qNph（Eg）)式中(λ)為投射在電池上、波長為λ，單位帶寬的光子數(shù)；ηi為量子產(chǎn)額，即一個能量大于帶隙Eg的光子產(chǎn)生一對光生電子空穴對的幾率，通?？闪瞀莍=1；dx為距電池表面xt處厚度為dx的薄層；H為電池厚度；G（λ、x）表示由波長為λ、單位帶寬的光子射進材料在x處的產(chǎn)生率?？紤]上述三種光學損失及材料吸收之后，光