半導(dǎo)體光伏型檢測器件

第四節(jié)半導(dǎo)體光伏型檢測器件1光電池2光電二極管.3雪崩光電二極管4光電三極管光電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)光電池核心部分是一個(gè)PN結(jié)，一般作成面積大的薄片狀，來接收更多的入射光。受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作用和保護(hù)作用由于光子入射深度有限，為使光照到PN結(jié)上，實(shí)際使用的光電池制成薄P型或薄N型。工作原理光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的將光能轉(zhuǎn)換成電能的一種器件。PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)：輸出電壓U與輸出電流IL及負(fù)載電阻RL有關(guān)，即

U=ILRL3.特性參數(shù)1）伏安特性無光照時(shí)，光電池伏安特性曲線與普通半導(dǎo)體二極管相同。

PN結(jié)的伏安特性

有光照時(shí)，沿電流軸方向平移，平移幅度與光照度成正比。

短路電流開路電壓RdRLILD光電池等效電路曲線與電壓軸交點(diǎn)稱為開路電壓VOC，與電流軸交點(diǎn)稱為短路電流ISC。2)光電特性

光電池開路電壓與入射光照度成對數(shù)關(guān)系，在弱光情況下短路電流與入射光照度成線性關(guān)系。在光照增加到一定程度后，輸出電流達(dá)到飽和。

開路電壓和短路電流與入射光的照度關(guān)系

開路電壓和短路電流與光電池受光面積的關(guān)系

入射光照度(mW/cm2)

受光面積(mm2)

RMILSVLSPLRL輸出電壓、輸出電流、輸出功率隨負(fù)載電阻的變化曲線輸出功率PL=VLS?ILS結(jié)論：光電池用作探測器時(shí)：以電流源形式使用，負(fù)載電阻愈小，線性度越好，線性范圍越廣。光電池用作大功率輸出時(shí)：以電壓源形式使用，負(fù)載電阻為RL＝RM時(shí)，可獲得最大功率輸出。

PQPMPLRL負(fù)載線RM負(fù)載線0VI伏安特性曲線θVLIL幾何方法求解負(fù)載電阻3）光譜特性（用單位輻射通量的不同波長的光分別照射時(shí)，光電池相對輸出短路電流大?。┫鄬敵鲭娏魑怆姵毓韫怆姵夭ㄩL(μm)0.340.750.400.8~0.91.1光譜響應(yīng)曲線存在著短波閾、峰值波長和長波閾（紅限波長）。這主要與光電池材料、生長工藝有關(guān)開路電壓下降大約23mV/度短路電流上升大約10-510-3mA/度4）溫度特性

隨著溫度的上升，光電池的光譜響應(yīng)向長波方向移動(dòng)，開路電壓下降，短路電流上升。光電池做探測器件時(shí)，測量儀器應(yīng)考慮溫度的漂移，要進(jìn)行補(bǔ)償。5）時(shí)間和頻率響應(yīng)硅光電池是目前使用最廣泛的光電池

對于光電池，由于載流子在p-n

結(jié)區(qū)內(nèi)的擴(kuò)散、漂移，產(chǎn)生與復(fù)合都要有一定的時(shí)間，所以當(dāng)光照迅速變化時(shí)，光電流就滯后于光照的變化。光電池的光敏面一般較大，使其極間電容(Cj)較大，在給定負(fù)載RL時(shí)，電路的時(shí)間常數(shù)（RL·Cj）較大，頻響降低。要得到短的響應(yīng)時(shí)間，必須選用小的負(fù)載電阻RL；

4光電池的應(yīng)用1）光電探測器件利用光電池做探測器有頻率響應(yīng)高，光電流隨光照度線性變化等特點(diǎn)。2）將太陽能轉(zhuǎn)化為電能實(shí)際應(yīng)用中，把硅光電池經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)組成電池組。光電池外形光敏面能提供較大電流的大面積光電池外形其他光電池及在照度測量中的應(yīng)用柔光罩下面為圓形光電池光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽能賽車太陽能電動(dòng)機(jī)模型太陽能硅光電池板光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）太陽能發(fā)電光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用太陽能自動(dòng)跟蹤控制器

太陽輻射的主要特點(diǎn)太陽能利用率不高的原因：分散性、方向性、不穩(wěn)定性

太陽跟蹤系統(tǒng)：使太陽光永遠(yuǎn)垂直照射在接收面上（能量積分）

提高太陽能的吸收率和轉(zhuǎn)化率“多元法”太陽定位裝置

圖2“多元法”太陽定位裝置簡圖ABCDEFabcdef圖3單方向定位裝置示意圖結(jié)構(gòu)原理圖6機(jī)械示意圖小木板定位裝置+－電機(jī)細(xì)繩支架電源開關(guān)A環(huán)境比較“暗觸發(fā)”開關(guān)741RLA120RRV110k正常LDR1R210kLDR2R31kR42kR523+_476+_D1IN4001U2N3906具有太陽輻射和環(huán)境亮度比較功能，以消除環(huán)境的干擾開關(guān)B741RLA120R