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(2)光照特性 下图表示CdS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下,光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同,但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件,这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。 0 1 2 3 4 5 I/mA L/lx 1000 2000 (3)光谱特性 光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图中可知,硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度,峰值在红外区域;硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此,在选用光敏电阻时,应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑,才能获得满意的效果。 20 40 60 80 100 40 80 120 160 200 240 λ/μm 3 1 2 相对灵敏度 1——硫化镉 2——硒化镉 3——硫化铅 (4) 伏安特性 在一定照度下,加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。由曲线可知,在给定偏压下,光照度较大,光电流也越大。在一定的光照度下,所加的电压越大,光电流越大,而且无饱和现 50 100 150 200 1 2 U/V 0 20 40 象。但是电压不能无限地增大,因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流,可能导致光敏电阻永久性损坏。 I/ μA (5)频率特性 当光敏电阻受到脉冲光照射时,光电流要经过一段时间才能达到稳定值,而在停止光照后,光电流也不立刻为零,这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏, 20 40 60 80 100 I / % f / Hz 0 10 102 103 104 电阻时延特性不同,所以它们的频率特性也不同,如图。硫化铅的使用频率比硫化镉高得多,但多数光敏电阻的时延都比较大,所以,它不能用在要求快速响应的场合。 硫化铅 硫化镉 (6)稳定性 图中曲线1、2分别表示两种型号CdS光敏电阻的稳定性。初制成的光敏电阻,由于体内机构工作不稳定,以及电阻体与其介质的作用还没有达到平衡,所以性能是不够稳定的。但在人为地加温、光照及加负载情况下,经一至二周的老化,性能可达稳定。光敏电阻在开始一段时间的老化过程中,有些样品阻值上 I / % 40 80 120 160 2 1 T/h 0 400 800 1200 1600 升,有些样品阻值下降,但最后达到一个稳定值后就不再变了。这就是光敏电阻的主要优点。 光敏电阻的使用寿命在密封良好、使用合理的情况下,几乎是无限长的。 (7)温度特性 其性能(灵敏度、暗电阻)受温度的影响较大。随着温度的升高,其暗电阻和灵敏度下降,光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。硫化镉的光电流I和温度T的关系如图所示。有时为了提高灵敏度,或为了能够接收较长波段的辐射,将元件降温使用。例如,可利用制冷器使光敏电阻的温度降低。 I / μA 100 150 200 -50 -10 30 50 10 -30 T / oC 20 40 60 80 100 0 1.0 2.0 3.0 4.0 λ/μm I/mA +20 oC -20 oC 二、光电池 光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能,因此又称为太阳能电池。它是基于光生伏特效应制成的,是发电式有源元件。它有较大面积的PN结,当光照射在PN结上时,在结的两端出现电动势。 命名方式:把光电池的半导体材料的名称冠于光电池(或太阳能电池)之前。如,硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。目前,应用最广、最有发展前途的是硅光电池。 硅光电池价格便宜,转换效率高,寿命长,适于接受红外光。 硒光电池光电转换效率低(0.02%)、寿命短,适于接收可见光(响应峰值波长0.56μm),最适宜制造照度计。 砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高,光谱响应特性则与太阳光谱最吻合。且工作温度最高,更耐受宇宙射线的辐射。因此,它在宇宙飞船、卫星、太空探测器等电源方面的应用是有发展前途的。 光电池的示意图 硅光电池的结构如图所示。它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(如硼)形成PN结。当光照到PN结区时,如果光子能量足够大,将在结区附近激发出电子-空穴对,在N区聚积负电荷,P区聚积正电荷,这样N区和P区之间出现电位差。若将PN结两端用导线连起来,电路中有电流流过,电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开,就可测出光生电动势。 1. 光电池的结构和工作原理 + 光 P N -
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