光传感器教学课件.ppt

2. 基本特性 （1）光照特性 开路电压曲线：光生电动势与照度之间的特性曲线，当照度为20000lx时趋向饱和。 短路电流曲线：光电流与照度之间的特性曲线 ISC=IP=SE E SE:光电池光电灵敏度（光电响应度） 硅单晶光电池短路电流为35~40mA/cm2 硅光电池的Uoc一般为0.45~0.6V，最大不超过0.756V 。 (2) 光谱特性 光电池的光谱特性决定于材料。从曲线可看出，硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm附近，应用范围340nm_750nm，适宜测可见光。硅光电池应用的范围400nm—1100nm，峰值波长在850nm附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。 1——硒光电池 2——硅光电池 （3）光电池的频率特性 光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。光电池 的频率响应指输出电流随调制光频率变化的关系。由于光电池PN 结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。 由图可看出，硅光电 池具有较高的频率响应，硅光电池的工作频率上限约为数十kHZ， 而硒光电池的频率特性较差，上限频率只有几kHZ。 （4）温度特性 光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的关系。由图可见，开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，影响到测量或控制精度等主要指标，因此，当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定，或采取温度补偿措施。 UOC——开路电压 ISC ——短路电流 20 0 40 60 90 40 UOC/ mV T / oC ISC UOC ISC / μA 600 400 200 60 硅光电池在1000lx照度下的温度特性曲线 （5）、 光电池的稳定性 当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光电池的性能是相当稳定的。使用寿命很长，而硅光电池的性能比硒光电池更稳定。光电池的性能和寿命除了与光电池的材料及制造工艺有关外，在很大程度上还与使用环境条件有密切的关系。如在高温和强光照射下，会使光电池的性能变坏，而且降低使用寿命，这在使用中要特别注意。 3、光电池应用 光电探测器件 利用光电池做探测器有频率响应高，光电流随光照度线性变化等特点。 将太阳能转化为电能 实际应用中，把硅光电池经串联、并联组成电池组。 硅太阳能电池 硅太阳能电池包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。 单晶硅太阳能电池在实验室最高的转换效率为23%，而规模生产的单晶硅太阳能电池其效率为15%。 多晶硅半导体材料的价格比较低廉，但由于它存在较多的晶粒界面而有较多的弱点。多晶硅太阳能电池的实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%。 非晶硅太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池组件的制造采用薄膜工艺，具有较多优点：沉积温度低、衬底材料价格低廉、能实现大面积沉积。 非晶硅的可见光吸收系数比单晶硅大，是单晶硅的40倍，1微米厚的非晶硅薄膜，可以吸引约90%有用的太阳光能。 非晶硅太阳能电池的稳定性较差，从而影响了它的迅速发展。 化合物太阳能电池 三五族化合物和二六族化合物电池。 三五族化合物电池主要有GaAs电池、GaSb电池等；二六族化合物电池主要有CaS/CuInSe电池、CsS/CdTe电池等。 在三五族化合物太阳能电池中，GsAs转换效率最高，可达28%。 GaAs化合物太阳能电池 由于GaAs具有十分理想的光学带隙及较高的吸收效 率， GaAs化合物材料尤其适用于制造高效电池。 GaAs化合物太阳能电池虽具有诸多优点，但其价格 不菲，因而在很大程度上限制了GaAs电池的普及。 太阳能 特点：1.无枯竭危险；2.绝对干净；3、不受资源分布地 域的限制；4、可在用电处就近发电；5、能源质量高；6、 使用者从感情上容易接受；7、获取能源花费时间短。 要使太阳能发电真正达到使用水平，一是要提高太阳 能光电变换效率并降低成本；二是要实现太阳能发电同现 在的电网联网。 光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。它和光电池相比，重要的不同点是结面积小，因此它的频率特性特别好。光生电势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为几μA到几十、几百μA。 按材料分，光电二极管有硅、砷化镓、锑化铟光电二极管等许多种。按结构分，有同质结与异质结之分。其中最典型的是同质结硅光电二极管。 国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为2CU和2DU两种系列。2CU系列以N-Si为衬底，2D