《光电检测技术第二版》中国计量出版社第六章.pptVIP

第四节 半导体光伏型检测器件 一、光电池 二、光敏二极管 三、光敏三极管 一、光电池1.光电池的工作原理 光电池是根据光生伏特效应制成的将光能转换成电能的一种器件。 PN结的光生伏特效应：当用适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作用，光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于半导体内产生电动势（光生电压）；如将PN结短路，则会出现电流（光生电流）。 光电池的结构特点 光电池核心部分是一个PN结，一般作成面积大的薄片状，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用 由于光子入射深度有限，为使光照到PN结上，实际使用的光电池制成薄P型或薄N型。 光电池的结构 （二）特性参数 1、伏安特性 无光照时，光电池伏安特性曲线与普通半导体二极管相同。 有光照时，沿电流轴方向平移，平移幅度与光照度成正比。 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RL＝RM时，可获得最大功率输出。 2、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） 4、时间和频率响应 硅光电池频率特性好 硒光电池频率特性差 硅光电池是目前使用最广泛的光电池 要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻RL； 光电池面积越大则响应时间越大，因为光电池面积越大则结电容Cj越大，在给定负载时，时间常数就越大，故要求短的响应时间，必须选用小面积光电池。 三　光电池的应用 1、光电探测器件 利用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。 2、将太阳能转化为电能 实际应用中，把硅光电池经串联、并联组成电池组。 光电池外形 能提供较大电流的大面积光电池外形 其他光电池及在照度测量中的应用 光电池在动力方面的应用 光电池在动力方面的应用（续） 光电池在动力方面的应用（续） 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： 分散性 方向性 不稳定性 提高太阳能的利用率 目前使用的跟踪系统 单轴太阳能自动跟踪器 步进式太阳能自动跟踪 可自动跟踪的太阳灶 五像限法太阳自动跟踪仪 单轴液压式自动跟踪 极轴式跟踪 不足：结构复杂，跟踪精度不高，不能全自动跟踪 太阳能自动跟踪系统的设计思想  最大能量积分 “多元法三维”太阳自动跟踪系统 与“多元法”定位装置相对应，整个系统必须用电机分别对各个方向进行控制，各个控制系统的原理图如下。 开关A和B（或B′）具有太阳辐射和环境亮度比较功能，以消除环境的干扰。 开关B 开关B、B′上的光敏电阻分别是单方向定位装置（图3）两边的电阻，一个光敏电阻用一个控制电路。开关B导通时，电机沿逆时针方向转动；开关B′导通时，电机沿顺时针方向转动。开关A和B（或B′）都具有很高的灵敏度和稳定性，且不易受环境温度和电源电压的影响。 开关B 741 RLA 120RRR RV1 10k?正常 LDR1 R2 10k? LDR2 R3 1k? R4 2k? 2 3 + - 4 7 6 D1 IN4001 2N3906 + - U 图5-(b)环境比较“光触发”开关 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 * N型硒化镉 P型硒 PN结 半透明金属电极 电极引线（－） 电极引线（＋） 硒光电池结构示意图 背电极引线 背电极 硅单晶 PN结 扩散层 上电极引线 上电极 SiO抗反射膜 硅光电池结构示意图 有光照 0 Isc Voc V I 无光照 伏安特性曲线 短路电流 开路电压 Rd RL IL D 光电池等效电路 曲线与电压轴交点称为开路电压VOC，与电流轴交点称为短路电流ISC。 Voc Isc 入射光强 Voc Isc 受光面积 Isc与入射光强成正比，Voc与入射光强的对数成正比 Isc与受光面积成正比，Voc与受光面积的对数成正比 RM ILS VLS PL RL 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=VLS?ILS PQ PM PL RL负载线 RM负载线 0 V I 伏安特性曲线 θ VL IL 相对输出电流 硒光电池 硅光电池 波长(μm) 0.34 0.75 0.40 0.8~0.9 1.1 光谱响应曲线 开路电压下降大约2?3mV/度 短