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浅谈光电池与光电阻 默认分类 2009-05-10 16:43:18 阅读308 评论0 字号：大中小 检测技术报告 时间：2008-12-28 02:04:32 Tag： 光敏电阻 原理 ? 点击： 168 ? 光电传感器的应用与新技术 ——浅谈光电池与光电阻 ??? 当光照射到物体上会使物体发射电子或导电率发生变化或产生光电动势等现象，这种因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。按照产生这些特性的原因不同，光电效应又分为光导效应，光生伏特效应及光电发射效应。光电检测器件就是利用物质的这些光电效应把光信号转换成电信号的器件。 光电检测器件有很多种类，最常见的是光电池与光电阻传感器。 光电池是光电类传感器的一种，它的主要功能是在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号。光电池的种类繁多，早期出现的有氧化亚铜光电池，因转换效率低已很少应用，此外有硒、硫化铊、硫化镉、锗、硅、砷化镓等制成的光电池。按用途划分光电池可分为太阳能光电池和测量光电池两大类。太阳能光电池主要用作电源，由于它结构简单。体积小、重量轻、可靠性高、寿命长能直接将太阳能转换成电能。因而不仅成为航天工业上的重要电源。还被广泛地应用与人们的日常生活中。测量光电池的主要功能是作为光电探测用，对它的要求是线性范围宽、灵敏度高、光谱响应合适、稳定性好、寿命长，它被广泛地应用在光度、色度、光学精密计量和测试中。 目前应用较多的是硒光电池和硅光电池。硒光电池因光谱特性与人眼视觉很相近，频谱较宽，故多用于日落光表及照度计。硅光电池与其它半导体光电池相比，是目前转换效率最高17%，几乎接近理论极限的一种光电池。此外，还有薄膜光电池、紫光电池、异质结光电池等。薄膜光电池是把硫化偏等材料制成薄膜结构，以减轻重量、简化阵列结构，提高抗辐射能力和降低成本。紫光电池是把硅光电池的PN结减薄至结深为0.2～0.3μm，光谱响应峰值移到600nm左右,来提高短波响应，以适应外层空间使用。与上述同质结光电池不同，异质结光电池利用不同禁带宽度的半导体材料做成异质PN结，入射光几乎全透过宽禁带材料一侧，而在结区窄禁带材料中被吸收，产生电子一空穴对。利用这种“窗口”效应提高人射光的收集效率，以获得高于同质结硅光电池的转换效率，理论上最大可达30%，但目前因工艺尚未成熟，仍低于硅光电池。 光电池的主要原理是光生伏特效应，当用hν足够大的光照射一均匀半导体的表面时，由于半导体对光的吸收而在半导体的近表面层中产生高浓度的光生非平衡电子空穴对。这样就造成从半导体近表面层至内部的载流子浓度梯度，因而发生两种载流子都向半导体内部的扩散运动。非平衡电子和空穴的扩散运动方向相同，因此它们的扩散电流方向相反。由于迁移率与载流子的有效质量有关，而电子的有效质量比空穴小。所以电子的迁移率和扩散系数比空穴的大，因此电子比空穴扩散得较快并且扩散到较深的半导体内部。在没有其它场的影响时，这种扩散的差异导致电荷的分开积聚，从而使半导体表面带正电而内部带负电，于是建立起光生电场。这种电场又可引起电子和空穴的漂移运动。两种载流子的漂移运动方向相反，所以它们的漂移电流方向相同。在载流子的漂移运动和扩散运动达到动态平衡后，总电流应为零，在受照表面与暗表面之间产生一定的开路光电压，于是在光生载流子的扩散在光的传播方向产生了电位差，形成了光电池。 光电阻传感器是另一种光电类传感器，它是将光信号转换为电阻变化的一种传感器。若用这种传感器测量其它非电量时，只要将被测非电量的变化转换为光信号的变化即可。此种测量方法具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度和反应快等优点。 光电阻传感器又分为光敏电阻和光敏晶体管。光敏电阻的基本原理为光电导效应，在本征半导体中，电子未获得其它能量之前处于基态，价带充满着电子，导带没有电子，而因晶体缺陷产生的能级又不能激发自由电子时，则这些材料的电阻是较大的。但是，如果这些材料内的电子受到一种外来能量如光子的激发，且这种激发又能使电子获得足够的能量越过禁带而跃入导带的话，则材料中就会产生大量的电子及空穴(光生载流子)参与导电，因而材料的电阻就相应减少。这是由本征光吸收所引起的光电导效应，又叫内光电效应。 根据半导体材料的分类，光敏电阻有两种类型。一种是本征型光敏电阻，另一种是掺杂型光敏电阻。掺杂型光敏电阻中N型半导体材料制成的光敏电阻性能稳定，特性较好，故目前大都采用。光敏电阻若按它的光谱特性及最佳工作波长范围可分为三类：一类是对紫外光敏感的光敏电阻，如硫化镉和硒化镉等。另一类是对可见光敏感的光敏电阻，如硫化铊等。还有一类是对红外光敏感的光敏电阻，如硫化铅等。常见的光敏电阻有硫化镉光敏电阻、硫化铅光敏电阻、锑化铟光敏电阻、碲镉汞系列光敏电阻等。 光敏电阻和其它半导体光电器件相比有以下特点:(1)光谱响应范围相当宽。根据