光伏探測器的光電特性和哪些因素有關(guān)

光伏探測器的光電特性和哪些因素有關(guān)

光伏探測器的光電特性主要與材料、光照范圍、負(fù)載大小、外加電壓這些因素有關(guān)。

1、材料

光伏探測器這類器件品種很多，其中包括：光電池、光電二極管、光電晶體管、光電場效應(yīng)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）、光電耦合器件等。

2、光照范圍

無光照是，pn結(jié)的伏安特性曲線和普通二極管一樣。有光照時，pn結(jié)吸收光能，產(chǎn)生反向電流，光照越強(qiáng)，光電流越大。

3、負(fù)載大小

負(fù)載越小，光電流與照度直接的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬。

4、外加電壓

在發(fā)光的條件不變的情況下，通過改變負(fù)載電阻的大小，電壓越來越大，電流越來越小。

光伏探測器的工作原理

熱平衡下的p-n結(jié)

pn結(jié)中電子向P區(qū)，空穴向n區(qū)擴(kuò)散，使p區(qū)帶負(fù)電，n區(qū)帶正電，形成由不能移動離子組成的空間電荷區(qū)（耗盡區(qū)），同時出現(xiàn)由耗盡層引起的內(nèi)建電場，使少子漂移，并阻止電子和空穴繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到平衡。在熱平衡下，由于pn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pn結(jié)的電流方程為：

ID：流過PN結(jié)的電流

I0：PN結(jié)的反向飽和電流（暗電流）

V：加在PN結(jié)上的正向電壓

光照下的p-n結(jié)

1. p-n結(jié)光電效應(yīng)

當(dāng)光照射p-n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)建電場的作用下運(yùn)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)生了光生電壓Voc

2. 三種工作模式

（1）零偏置的光伏工作模式

若p-n結(jié)電路接負(fù)載電阻RL，有光照射時，則在p-n結(jié)內(nèi)出現(xiàn)兩種相反的電流：

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；

光生電流流過負(fù)載產(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)生電流ID。

流過負(fù)載的總電流是兩者之差：

（2）反向偏置的光電導(dǎo)工作模式

無光照時電阻很大，電流很??；有光照時，電阻變小，電流變大，而且流過它的光電流隨照度變化而變化。類似光電導(dǎo)器件。

（3）正向偏置的工作模式

呈單向?qū)щ娦裕推胀ǘO管一樣，光電效應(yīng)無法體現(xiàn)。

無光照時，伏安特性曲線與一般二極管的伏安特性曲線相同；受光照后，產(chǎn)生光電流，方向與I0相同，因此曲線將沿電流軸向下平移，平移的幅度與光照度的變化成正比。

第一象限：正向偏置工作模式，光電流不起作用，這一區(qū)域工作沒有意義。

第三象限：反向偏置光電導(dǎo)工作模式，

第四象限：零偏壓光伏工作模式。

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