光谱特性光电二极管的光谱响应.ppt

* 3.2 光生伏特器件 光生伏特器件：利用光生伏特效应制造的光电敏感器件。 也称结型光电器件 光生伏特器件 光电池 光电二极管 光电三极管 发光器件 光电耦合器件 光电位置敏感器件 光电池：利用光生伏特效应把光能 直接转变成电能的器件， 又称为太阳能电池。 光电转换效率低(0.02％)、寿命短，适 于接收可见光，适宜制造照度计。 价格便宜，转换效率高，寿命长， 适于接受红外光。 应用最广、最有发展前途 转换效率比硅光电池稍高，光谱响应 特性与太阳光谱最吻合。 工作温度最高，耐受宇宙射线的辐射 3.2.1 光电池 锗光电池 光电池 （无机） 硒光电池： 硅光电池： 砷化镓光电池： 1. 光电池的基本结构和工作原理 光电池符号 工作原理图 结构示意图 输出电极外形 (1)伏安特性：输出电流和输出电压随负载电阻变化的曲线 O 无光照 有光照 ISC VOC V I ★曲线与电压轴交点称为开路电压VOC，与电流轴交点称为短路电流ISC。 无光照时，光电池伏安特性曲线与普通半导体二极管相同。 有光照时，沿电流轴方向平移，平移幅度与光照度成正比。 2. 光电池的特性参数 以硅光电池为例，有光照和无光照时的伏安特性曲线： 开路电压VOC ——光电池的外回路断开时或电流为零时，器件 上施加电压的大小。 数值最大的光生电动势 短路电流ISC——光电池上施加电压为零时电池外回路上的电流。 最大数值的光生电流 O ISC VOC V I Id I RL IL Rd VD 光电池等效电路 输出电压 等效二极管反向饱和电流 等效电阻Rd很小，可忽略： 光电流：IL＝SIL L——入射光照度（lx) SI——光电灵敏度（mA/lx) 当I=0，得到开路电压: 当V=0 ，得到短路电流: VOC、ISC随入射光照度变化特性: 开路电压输出：非线性，灵敏度高 开关测量 短路电流输出：线性好，灵敏度低 线性检测 L/klx ? ? 5 4 3 2 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 2 4 6 8 10 开路电压 Voc /V Isc/mA 短路电流 硅光电池VOC、ISC随 入射光照度变化特性 104 10Ω 102Ω 103Ω 10-2 10-1 100 101 102 103 100 101 102 103 E/lx J/μA·mm-2 光电池在不同负载电阻下的光电特性 受光面积的影响 VOC、ISC随受光面积变化特性 A/(mm2) ? ? 500 400 300 200 100 0 20 40 60 80 100 100 200 300 Voc ISC/mA Voc /mV ISC 600 120 (2)光电池的负载特性（输出特性） 设负载为RL，流过电流为IL，电压降为UL，则负载上电功率： PL＝ UL IL 当RL=0（短路）时，UL=0， IL=ISC ，PL=0； 当RL=∞（开路）时， UL=VOC， IL=0，PL=0； 0＜RL＜∞时，PL＞0。 ISC/mA 0 200 400 200 400 40 80 100 VOC/V UL PL IL RM RL/Ω 当RL=RM时，最大输出功率PL=Pmax RM——最佳负载 光电转换效率：光电池的输出功率与入射光功率之比定义为光电 池的光电转换效率（或量子效率），记为η 填充因子：光电池能提供的最大功率与ISCVOC 之比，它说明了该光电池能够对外提供的最大输出功率的能力。 光电池的温度特性是指开路电压VOC和短路电流ISC随温度变化的关系。 20 0 40 80 120 30 40 VOC/ mV t / oC ISC VOC ISC / mA 600 400 200 10 50 光电池的温度特性 T↗： VOC ↘，ISC ↗ 光电池的光谱响应向长波方向移动 用于探测器件时，测量仪器应考虑温度的漂移而进行补偿。 (3) 温度特性 光电池的频率响应就是指输出电流随