《光生伏特器》PPT課件

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1、第3章光生伏特器件光電池、光電二極管、光電晶體管、PIN管、雪崩光電二極管、光可控硅、陣列式光電器件、象限式光電器件、位置敏感探測器（PSD）等利用半導(dǎo)體PN結(jié)光生伏特效應(yīng)制成的器件稱為光生伏特器件，也稱結(jié)型光電器件。光生伏特效應(yīng)是基于兩種材料相接觸形成內(nèi)建勢壘，光子激發(fā)的光生載流子被內(nèi)建電場掃向勢壘的兩邊，從而形成了光生電動勢。光生伏特效應(yīng)是少數(shù)載流子導(dǎo)電的光電效應(yīng)，而光電導(dǎo)效應(yīng)是多數(shù)載流子導(dǎo)電的光電效應(yīng)。結(jié)型光電器件與光電導(dǎo)器件的區(qū)別：（1）產(chǎn)生光電變換的部位不同（2）光敏電阻沒有極性，而結(jié)型光電器件有確定的正負(fù)極性（3）光敏電阻馳豫時間較大，結(jié)型器件馳豫時間相應(yīng)較小，因

2、此響應(yīng)速度較快（4）有些結(jié)型光電器件靈敏較高，可以通過較大的電流一、光生伏特器件的基本工作原理1、p-n結(jié)電流方程在熱平衡條件下，由于p-n結(jié)中漂移電流等于擴(kuò)散電流，凈電流為零。如果有外加電壓時結(jié)內(nèi)平衡被破壞，這時流過p-n結(jié)的電流方為：一、光生伏特器件的基本工作原理1、p-n結(jié)電流方程代表正向電流，方向從p端經(jīng)過p-n結(jié)指向n端，它與外電壓有關(guān)，時它將迅速增大；時等于零，即平衡狀態(tài)，時它趨向于零。第二項代表反向飽和電流，它的方向與正向電流方向相反，它隨反向偏壓的增大而增大，漸漸趨向飽和值，故稱反向飽和電流，也是溫度的函數(shù)，即隨溫度升高有所增大。一、光生伏特器件的基本工作原理

3、2、光照下的p-n結(jié)當(dāng)光照射p-n結(jié)，只要入射光子能量大于材料禁帶寬度，就會在結(jié)區(qū)激發(fā)電子-空穴對。這些非平衡載流子在內(nèi)建電場的作用下，空穴順著電場運(yùn)動，電子逆著電場運(yùn)動，在開路狀態(tài)，最后在n區(qū)邊界積累光生電子，在p區(qū)邊界積累光生空穴，產(chǎn)生一個與內(nèi)建電場方向相反的光生電場，即在p區(qū)和n區(qū)之間產(chǎn)生了光生電壓UOC，這就是p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。只要光照不停止，這個光生電壓將永遠(yuǎn)存在。(1)p-n結(jié)光電效應(yīng)和兩種工作模式一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n結(jié)如果工作在零偏置的開路狀態(tài)，p-n結(jié)光電器件產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，這種工作原理稱光伏工作模式。(1)p-n結(jié)光電效應(yīng)

4、和兩種工作模式如果工作在反偏置狀態(tài)，無光照時電阻很大，電流很?。挥泄庹諘r，電阻變小，電流就變大，而且流過它的光電流隨照度變化而變化，這種工作原理稱光電導(dǎo)工作模式。一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n結(jié)(2)光照下p-n結(jié)的電流方程一種是光激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對在內(nèi)建電場作用下，形成的光生電流，它與光照有關(guān)，其方向與p-n結(jié)反向飽和電流相同。另一種是光生電流流過負(fù)載電阻產(chǎn)生電壓降，相當(dāng)于在p-n結(jié)施加正向偏置電壓，從而產(chǎn)生正向電流。一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n結(jié)(2)光照下p-n結(jié)的電流方程為結(jié)電容，表示串聯(lián)電阻，為p-n結(jié)漏電阻，又稱動態(tài)電阻或

5、結(jié)電阻。流過p-n結(jié)的總電流為：其中，一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n結(jié)(2)光照下p-n結(jié)的電流方程流過p-n結(jié)的總電流為：光生電流與光照有關(guān)，并隨光照的增大而增大，因此有一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n結(jié)(2)光照下p-n結(jié)的電流方程當(dāng)負(fù)載電阻斷開（IL=0）時，p端對n端的電壓稱為開路電壓，用UOC表示一般情況，，所以UOC表示在一定溫度下，開路電壓與光電流的對數(shù)成正比，也可以說與照度或光通量的對數(shù)成正比。一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n結(jié)(2)光照下p-n結(jié)的電流方程這時p-n結(jié)光電器件的短路電流與照度或光通量成正比，從

6、而得到最大線性區(qū)，這在線性測量中被廣泛應(yīng)用。當(dāng)負(fù)載電阻短路，光生電壓接近于零，流過器件的電流叫短路電流，用ISC表示，其方向從p-n結(jié)內(nèi)部看從n區(qū)指向p區(qū)一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n結(jié)(2)光照下p-n結(jié)的電流方程二、硅光電池光電池是一種不需加偏壓就能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的p-n結(jié)光電器件。按光電池的用途可分為兩類：即太陽能光電池和測量光電池光電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個p-n結(jié)，由于制作p-n結(jié)的材料不同，目前有硒光電池、硅光電池、砷化鎵光電池和鍺光電池。二、硅光電池1、硅光電池的基本結(jié)構(gòu)硅光電池按襯底材料的不同可分為2DR型和2CR型。2DR型硅光電池是以p

7、型硅為襯底(即在本征型硅材料中摻入三價元素硼或鎵等)，然后在襯底上擴(kuò)散磷而形成n型層并將其作為受光面。構(gòu)成p-n結(jié)后，再經(jīng)過各種工藝處理，分別在襯底和光敏面上制作輸出電極，涂上二氧化硅做保護(hù)膜，即成光電池。二、硅光電池2、硅光電池的工作原理硅光電池的工作原理是光照中p-n結(jié)開路狀態(tài)時的物理過程，它的主要功能是在不加偏置電壓情況下將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。硅光電池的電流方程為二、硅光電池3、硅光電池的輸出功率負(fù)載獲得的功率為功率與負(fù)載電阻的阻值有關(guān)，當(dāng)（電路為短路）時，輸出功率；當(dāng)（電路為開路）時，，輸出功率