第三章_光生伏特器件ppt课件.ppt

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1、第3章光生伏特器件光电池、光电二极管、光电晶体管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）等利用半导体PN结光生伏特效应制成的器件称为光生伏特器件，也称结型光电器件。光生伏特效应是基于两种材料相接触形成内建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒的两边，从而形成了光生电动势。光生伏特效应是少数载流子导电的光电效应，而光电导效应是多数载流子导电的光电效应。结型光电器件与光电导器件的区别：（1）产生光电变换的部位不同（2）光敏电阻没有极性，而结型光电器件有确定的正负极性（3）光敏电阻驰豫时间较大，结型

2、器件驰豫时间相应较小，因此响应速度较快（4）有些结型光电器件灵敏较高，可以通过较大的电流一、光生伏特器件的基本工作原理1、p-n结电流方程在热平衡条件下，由于p-n结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零。如果有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过p-n结的电流方为：一、光生伏特器件的基本工作原理1、p-n结电流方程代表正向电流，方向从p端经过p-n结指向n端，它与外电压有关，时它将迅速增大；时等于零，即平衡状态，时它趋向于零。第二项代表反向饱和电流，它的方向与正向电流方向相反，它随反向偏压的增大而增大，渐渐趋向饱和值，故称反向饱和电流，也是温度的函数，即随

3、温度升高有所增大。一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结当光照射p-n结，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区激发电子-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，电子逆着电场运动，在开路状态，最后在n区边界积累光生电子，在p区边界积累光生空穴，产生一个与内建电场方向相反的光生电场，即在p区和n区之间产生了光生电压UOC，这就是p-n结的光生伏特效应。只要光照不停止，这个光生电压将永远存在。(1)p-n结光电效应和两种工作模式一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结如果工作在零偏置的开路状态，p-n结光电

4、器件产生光生伏特效应，这种工作原理称光伏工作模式。(1)p-n结光电效应和两种工作模式如果工作在反偏置状态，无光照时电阻很大，电流很小；有光照时，电阻变小，电流就变大，而且流过它的光电流随照度变化而变化，这种工作原理称光电导工作模式。一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程一种是光激发产生的电子-空穴对在内建电场作用下，形成的光生电流，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流相同。另一种是光生电流流过负载电阻产生电压降，相当于在p-n结施加正向偏置电压，从而产生正向电流。一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下

5、的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程为结电容，表示串联电阻，为p-n结漏电阻，又称动态电阻或结电阻。流过p-n结的总电流为：其中，一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程流过p-n结的总电流为：光生电流与光照有关，并随光照的增大而增大，因此有一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程当负载电阻断开（IL=0）时，p端对n端的电压称为开路电压，用UOC表示一般情况，，所以UOC表示在一定温度下，开路电压与光电流的对数成正比，也可以说与照度或光通量的对数成正比。一、光生伏特器

6、件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程这时p-n结光电器件的短路电流与照度或光通量成正比，从而得到最大线性区，这在线性测量中被广泛应用。当负载电阻短路，光生电压接近于零，流过器件的电流叫短路电流，用ISC表示，其方向从p-n结内部看从n区指向p区一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程二、硅光电池光电池是一种不需加偏压就能把光能直接转换成电能的p-n结光电器件。按光电池的用途可分为两类：即太阳能光电池和测量光电池光电池的基本结构就是一个p-n结，由于制作p-n结的材料不同，目前有硒光电

7、池、硅光电池、砷化镓光电池和锗光电池。二、硅光电池1、硅光电池的基本结构硅光电池按衬底材料的不同可分为2DR型和2CR型。2DR型硅光电池是以p型硅为衬底(即在本征型硅材料中掺入三价元素硼或镓等)，然后在衬底上扩散磷而形成n型层并将其作为受光面。构成p-n结后，再经过各种工艺处理，分别在衬底和光敏面上制作输出电极，涂上二氧化硅做保护膜，即成光电池。二、硅光电池2、硅光电池的工作原理硅光电池的工作原理是光照中p-n结开路状态时的物理过程，它的主要功能是在不加偏置电压情况下将光信号转换成电信号。硅光电池的电流方程为二、硅光电池3、硅光电池的输出功率负载获得

8、的功率为功率与负载电阻的阻值有关，当（电路为短路）时，输出功率；当（电路为开路）时，，输出功率