3-4-1光伏探测器光电池

3.4光伏探测器（PV——Photovoltaic）光伏探测器——利用光生伏特效应制成的光电探测器，是结型探测器。结型器件原理：在内建电场的作用下，电子——空穴对漂移至两端，形成电压。PN结PIN结异质结肖特基结内建电场光伏探测器和光电导探测器的区别：1.产生光电变换的部位不同;2.结型器件有确定的正负极，而光电导器件没有;3.光敏电阻依赖于非平衡载流子的产生与复合运动，频率响应差；而结型器件主要依靠结区非平衡载流子中部分载流子的漂移运动，响应速度快;4.部分结型器件有内增益，因此灵敏度高。光伏探测器应用最广泛§3.4.1光伏探测器的工作原理势垒扩散漂移PPPNNN-+-++-E内建电场+++------+++PN的形成光照正向电流光电流一、热平衡下的PN结1.几个物理参数2lniDADnNNkTqV势垒高度2/1)])((2[VVNNNNqWLDADA结区宽度2/10)]1)((2[VVNNNNqACDDADAjPN结电容PN结电流方程（伏安特性曲线）0/0IeIIKTqVDID：流过PN结的电流I0：PN结的反向饱和电流V：加在PN结上的正向电压IV1：正向导通部分2：反向截止部分3：反向击穿部分123二、光照下的PN结1.光照下PN结的两种工作模式当光照射PN结时，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子－空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作用下，空穴顺着电场运动，电子逆电场运动；在开路状态，最后在N区边界积累光生电子，P区积累光生空穴，产生了一个与内建电场方向相反的光生电场，即P区和N区之间产生了光生电压Voc工作模式反向偏置的光电导工作模式零偏置的光伏工作模式２.光照下PN结的电流方程有光照射时，若PN结电路接负载电阻RL,如图，在p-n结内出现两种方向相反的电流：光激发产生的电子－空穴对，在内建电场作用下，形成的光生电流Ip，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流I0相同。RLIpID光照PN结工作原理NP零偏置的光伏工作模式:pKTqVpDLIIeIIII0/0ESIEpSE为光照灵敏度另一种在PN结施加反向偏置电压，总电流是两者之差：光生电流:反向偏置的光电导工作模式:有光照下的伏安特性曲线如下：Figure.Currentvs.voltagecharacteristicpKTqVpDLIIeIIII0/0负载电阻RL断开时IL=0，PN结两端的电压为开路电压，用Voc表示)1ln(0IIqkTVpoc通常Ip》I0；则：讨论：)ln()ln(000IESqkTIIqkTVEpc开路电压VocpKTqVpDLIIeIIII0/0负载电阻短路时RL=0,短路电流：ESIIEpsc如果给pn结加上一个反向电压，外加电压所建电场和pn结内建电场方向相同，使得结势垒由qVD增加到q(VD+Vb)，使光照产生的电子－空穴对在强电场作用下更容易产生漂移运动，提高了器件的频率特性。短路电流频率特性§3.4.２光电池一、硅光电池的基本结构和工作原理２DR型硅光电池是以P型硅作为基底，然后在基底上扩散P而形成n型作为受光面２CR型硅光电池是以n型硅作为基底，然后在基底上扩散B而形成p型作为受光面光电池是一种不需加偏压就能把光能直接转换成电能的光电器件。根据光生伏特效应制成的将光能转变成电能的器件，光电池的基本结构就是一个PN结。按材料分：有硅、硒、硫化镉、砷化镓和无定型材料的光电池等。太阳能光电池测量光电池按功能光电池的结构（硅光电池、硒光电池）硅光电池峰值波长：850nm改进的硅兰光电池：550nm硒光电池光谱曲线与人眼视觉曲线相吻合用于光度测量硒光电池结构示意图2CR系列硅光电池是以N型硅为衬底，P型硅为受光面的光电池。受光面上的电极称为前极或上电极，为了减少遮光，前极多作成梳状。衬底方面的电极称为后极或下电极。为了减少反射光，增加透射光，一般都在受光面上涂有SiO2或MgF2，Si3N4，SiO2－MgF2等材料的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀的保护作用。锗光电池：光谱延伸至近红外1800nm用于近红外探测砷化镓光电池：量子效率高，噪声低，光谱在紫外和可见光二、硅光电池的特性参数1.光照特性：E0E1E2光电池的等效电路pKTqVDpLIIeIIII0/0RLRshipCfVL等效微变电路iDRs以光电流方向为正方向：通常Rs很小，有当I=0时，得到开路电压当V=0时，得到短路电流)1ln(00IIqkTVpc)ln()ln(000IESqkTIIqkTVEpcpKTqVDpLIIeIIII0/0短路电流与光照成正比EVocIscIsc=SE•EI光谱特性图为光电池的光谱响应曲线，它表明了用单位辐射通量的不同波长的光分别照射时，光电池短路电流大小的相对比较。晒光电池的光谱响应范围为0.34～0.75um,峰值波长为0.54um左右硅光电池的光谱响应范围为0.34～1.25um，峰值波长为0.8～0.9um温度特性电流（mA）电压（mV）IV频率特性