光伏探測器光電池.ppt

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1、3.4光伏探測器（PV——Photovoltaic）光伏探測器——利用光生伏特效應(yīng)制成的光電探測器，是結(jié)型探測器。結(jié)型器件原理：在內(nèi)建電場的作用下，電子——空穴對漂移至兩端，形成電壓。PN結(jié)PIN結(jié)異質(zhì)結(jié)肖特基結(jié)內(nèi)建電場光伏探測器和光電導(dǎo)探測器的區(qū)別：1.產(chǎn)生光電變換的部位不同;2.結(jié)型器件有確定的正負(fù)極，而光電導(dǎo)器件沒有;3.光敏電阻依賴于非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合運動，頻率響應(yīng)差；而結(jié)型器件主要依靠結(jié)區(qū)非平衡載流子中部分載流子的漂移運動，響應(yīng)速度快;4.部分結(jié)型器件有內(nèi)增益，因此靈敏度高。光伏探測器應(yīng)用最廣泛§3.4.1　光伏探測器的工作原理勢壘擴散漂移PPPNNN-+-++-E內(nèi)建電場+

2、++------+++PN的形成光照正向電流光電流一、熱平衡下的PN結(jié)1.幾個物理參數(shù)勢壘高度結(jié)區(qū)寬度PN結(jié)電容PN結(jié)電流方程（伏安特性曲線）ID：流過PN結(jié)的電流I0：PN結(jié)的反向飽和電流V：加在PN結(jié)上的正向電壓IV1：正向?qū)ú糠?：反向截止部分3：反向擊穿部分123二、光照下的PN結(jié)1.光照下PN結(jié)的兩種工作模式當(dāng)光照射PN結(jié)時，只要入射光子能量大于材料禁帶寬度，就會在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子－空穴對。這些非平衡載流子在內(nèi)建電場的作用下，空穴順著電場運動，電子逆電場運動；在開路狀態(tài)，最后在N區(qū)邊界積累光生電子，P區(qū)積累光生空穴，產(chǎn)生了一個與內(nèi)建電場方向相反的光生電場，即P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生了光生電

3、壓Voc工作模式反向偏置的光電導(dǎo)工作模式零偏置的光伏工作模式２.光照下PN結(jié)的電流方程有光照射時，若PN結(jié)電路接負(fù)載電阻RL,如圖，在p-n結(jié)內(nèi)出現(xiàn)兩種方向相反的電流：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Ip，它與光照有關(guān)，其方向與p-n結(jié)反向飽和電流I0相同。RLIpID光照PN結(jié)工作原理NP零偏置的光伏工作模式:SE為光照靈敏度另一種在PN結(jié)施加反向偏置電壓，總電流是兩者之差：光生電流:反向偏置的光電導(dǎo)工作模式:有光照下的伏安特性曲線如下：Figure.Currentvs.voltagecharacteristic負(fù)載電阻RL斷開時IL=0，PN結(jié)兩端的電壓為開路電

4、壓，用Voc表示通常Ip》I0；則：討論：開路電壓Voc負(fù)載電阻短路時RL=0,短路電流：如果給pn結(jié)加上一個反向電壓，外加電壓所建電場和pn結(jié)內(nèi)建電場方向相同，使得結(jié)勢壘由qVD增加到q(VD+Vb)，使光照產(chǎn)生的電子－空穴對在強電場作用下更容易產(chǎn)生漂移運動，提高了器件的頻率特性。短路電流頻率特性§3.4.２光電池一、硅光電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理２DR型硅光電池是以P型硅作為基底，然后在基底上擴散P而形成n型作為受光面２CR型硅光電池是以n型硅作為基底，然后在基底上擴散B而形成p型作為受光面光電池是一種不需加偏壓就能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的光電器件。根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的將光能轉(zhuǎn)變成電能的器

5、件，光電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個PN結(jié)。按材料分：有硅、硒、硫化鎘、砷化鎵和無定型材料的光電池等。太陽能光電池測量光電池按功能光電池的結(jié)構(gòu)（硅光電池、硒光電池）硅光電池峰值波長：850nm改進的硅蘭光電池：550nm硒光電池光譜曲線與人眼視覺曲線相吻合用于光度測量硒光電池結(jié)構(gòu)示意圖2CR系列硅光電池是以N型硅為襯底，P型硅為受光面的光電池。受光面上的電極稱為前極或上電極，為了減少遮光，前極多作成梳狀。襯底方面的電極稱為后極或下電極。為了減少反射光，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，同時也可以起到防潮，防腐蝕的保護作用。鍺光電池：光

6、譜延伸至近紅外1800nm用于近紅外探測砷化鎵光電池：量子效率高，噪聲低，光譜在紫外和可見光二、硅光電池的特性參數(shù)1.光照特性：E0E1E2光電池的等效電路RLRshipCfVL等效微變電路iDRs以光電流方向為正方向：通常Rs很小，有當(dāng)I=0時，得到開路電壓當(dāng)V=0時，得到短路電流短路電流與光照成正比EVocIscIsc=SE?EI光譜特性圖為光電池的光譜響應(yīng)曲線，它表明了用單位輻射通量的不同波長的光分別照射時，光電池短路電流大小的相對比較。曬光電池的光譜響應(yīng)范圍為0.34～0.75um,峰值波長為0.54um左右硅光電池的光譜響應(yīng)范圍為0.34～1.25um，峰值波長為0.8～0.9um

7、溫度特性電流（mA）電壓（mV）IV頻率特性