半导体光伏型检测器件

1、第四节 半导体光伏型检测器件 1 光电池 2 光电二极管. 3 雪崩光电二极管 4 光电三极管 光电池的结构特点 光电池核心部分是一个光电池核心部分是一个PN结，一般作成面积大的薄片结，一般作成面积大的薄片状，来接收更多的入射光。状，来接收更多的入射光。 受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作用和保护作受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作用和保护作用用 由于光子入射深度有限，由于光子入射深度有限，为使光照到为使光照到PN结上，实际结上，实际使用的光电池制成薄使用的光电池制成薄P型或型或薄薄N型。型。工作原理 光电池是根据光电池是根据光生伏光生伏特效应特效应制成的将光能制成的将光能转换成电能的一种

2、器转换成电能的一种器件。件。 PN结的光生伏特效应：结的光生伏特效应：输出电压U与输出电流IL及负载电阻RL有关，即 U=ILRL 3.特性参数 1）伏安特性）伏安特性 无光照时，光电池伏安特性曲线与普通半导无光照时，光电池伏安特性曲线与普通半导体二极管相同。体二极管相同。 PN 结的伏安特性有光照时，沿电流轴方向平移，平移幅度与光照度成正比。有光照时，沿电流轴方向平移，平移幅度与光照度成正比。SLIsc短路电流socISLqkTVln开路电压RdRLILD光电池等效电路 曲线与电压轴交点称为曲线与电压轴交点称为开路电压开路电压VOC，与电流轴，与电流轴交点称为短路电流交点称为短路电流ISC。

3、2)光电特性 光电池开路电压与入射光照度成对数关系，在弱光情况下短路电流与入射光照度成线性关系。在光照增加到一定程度后，输出电流达到饱和。 开路电压和短路电流与入射光的照度关系 开路电压和短路电流与光电池受光面积的关系 入射光照度(mW/cm2) 受光面积(mm2) RMILSVLSPLRL输出电压、输出电流、输出功率随负载电阻的变化曲线输出功率PL=VLSILS 结论： 光电池用作探测器时：以电流源形式使用，负载电阻愈小，线性度越好，线性范围越广。 光电池用作大功率输出时：以电压源形式使用，负载电阻为RLRM时，可获得最大功率输出。 PQPMPLRL负载线RM负载线0VI伏安特性曲线VLIL

4、几何方法求解负载电阻3）光谱特性（用单位辐射通量的不同波长的光分别照射时，光电池相对输出短路电流大小）相对输出电流硒光电池硅光电池波长(m)0.340.750.400.80.91.1光谱响应曲线 存在着短波阈、峰值波长和长波阈（红限波长）。这主要与光电池材料、生长工艺有关开路电压下降大约开路电压下降大约2 2 3mV/3mV/度度短路电流上升大约短路电流上升大约1010-5-5 1010-3-3mA/mA/度度n4 4）温度特性）温度特性 随着温度的上升，光电池的光谱响应向长波方向移动，随着温度的上升，光电池的光谱响应向长波方向移动，开路电压下降，短路电流上升。光电池做探测器件时，测开路电压下

5、降，短路电流上升。光电池做探测器件时，测量仪器应考虑温度的漂移，要进行补偿。量仪器应考虑温度的漂移，要进行补偿。 5）时间和频率响应）时间和频率响应 硅光电池是目前使用最广泛的光电池硅光电池是目前使用最广泛的光电池 对于光电池，由于载流子在p-n 结区内的扩散、漂移，产生与复合都要有一定的时间，所以当光照迅速变化时，光电流就滞后于光照的变化。 光电池的光敏面一般较大，使其极间电容(Cj ) 较大，在给定负载RL 时，电路的时间常数（RL Cj）较大，频响降低。要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻RL； 4光电池的应用 1）光电探测器件光电探测器件 利用光电池做探测器有频率响应高，光电流利用

6、光电池做探测器有频率响应高，光电流随光照度线性变化等特点。随光照度线性变化等特点。 2）将太阳能转化为电能）将太阳能转化为电能 实际应用中，把硅光电池经串联、并联组成实际应用中，把硅光电池经串联、并联组成电池组电池组。光电池光电池外形外形光敏面光敏面能提供较大电流的大能提供较大电流的大面积光电池面积光电池外形外形其他其他光电池及在照度测量中的应用光电池及在照度测量中的应用柔光罩下面为圆形光电池柔光罩下面为圆形光电池光电池在动力方面的应用光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能赛车太阳能电动机模型太阳能电动机模型太阳能太阳能 硅光电池板硅光电池板光电池在动力方面的应用（续）光电池在动力方面的应用（

7、续）太阳能发电太阳能发电光电池在动力方面的应用（续）光电池在动力方面的应用（续）光电池在人造卫星上的应用光电池在人造卫星上的应用太阳能自动跟踪控制器太阳能自动跟踪控制器 太阳辐射的主要特点太阳能利用率不高的原因太阳能利用率不高的原因： 分散性、方向性、不稳定性 太阳跟踪系统：太阳跟踪系统：使太阳光永远垂直照射在接收面上（能量积分） 提高太阳能的吸收率和转化率提高太阳能的吸收率和转化率“多元法”太阳定位装置 图2 “多元法”太阳定位装置简图ABCDEFabcdef 图3 单方向定位装置示意图 结构原理图6 机械示意图小木板定位装置+电机细绳支架电源开关A环境比较“暗触发”开关741RLA120RRV110k正常LDR1R210kLDR2R31kR42kR523 +_476+_D1IN4001U2N390