第二章 光伏器件.ppt

光生伏特效应是少数载流子导电的光效应，具有暗电流小，噪声低，响应速度快、光电特性的线性受温度的影响小等特点。 本章要点： 了解与掌握典型光生伏特器件的原理，特性，偏置电路与实际应用。 2.1结型光电探测器器件 2.2 光电池 2.3 光电二极管 2.3.1 PIN型光敏二极管 2.3.2 雪崩光敏二极管 2.4 光电三极管 2.5 光伏器件组合器件 2.6 光电位置探测器 2.7 光电开关与光电耦合器件 2.2 光生伏特器件的特性 2.3光生伏特器件的偏置电路 2.1 光生伏特器件 利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏器件，也称结型光电器件。 这类器件品种很多，其中包括各种光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、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）、光电耦合器件等。 2.1.1 PN结 热平衡下的PN结 电子和空穴相互扩散，在接触区附近形成空间电荷区和耗尽区，结区两边形成内建电场。在内建电场的作用下，电子和空穴发生漂移运动，方向与扩散运动相反。 接触电势差： 加正向偏压 外加电场的方向与内建电场的方向相反，削弱了内建电场，PN结两边的电荷区变窄，势垒变低，接触电势差变为UD-U。 加反向偏压 PN结外加电场语内建电场方向相同，增强了PN结电场，漂移运动将大于扩散运动，PN结两边的空间电荷区变宽，结接触电势差为UD+U。 PN结电流 扩散电流与反响饱和电流的e指数关系 流过PN结的结电流 光电二极管的光照特性 P25 图2-5 2.1.2 PN结光生伏特效应 光线照射PN结时，对于能量大于材料禁带宽度的光子，由于本征吸收，光子所到之处就可以激发出 电子—空穴对。 在PN结附近的光生电子空穴对被PN结势垒区较强的内建电场分离，空穴被移向P区，电子被移向N区。于是建立起一个与内建电场方向相反的光生电场， PN结产生光生电势差。 当光照保持不变，积累过程达到动态平衡状态，从而得到一个与光照度相应的稳定的电势差，就称为光生电动势。 光生电动势使PN结势垒高度降低为UD-U。 2CR系列硅光电池是以N型硅为衬底，P型硅为受光面的光电池。受光面上的电极称为前极或上电极，为了减少遮光，前极多作成梳状。 衬底方面的电极称为后极或下电极。为了减少反射光，增加透射光，一般都在受光面上涂有防反射膜(SiO2或MgF2，Si3N4，SiO2－MgF2等材料)，同时也可以起到防潮，防腐蚀的保护作用。 光电池在光照下能够产生光生电势，光电流实际流动方向为，从P端流出，经过外电路，流入N端，光生电势与照度是对数关系。 当光电池短路时，短路电流Isc与照度E成线性关系，S＝Isc/E称为灵敏度。 开路电压UOC与短路电流ISC 外界电路开路时，光生载流子积累在PN结的两侧，光生电压最大，即光生电动势UOC等于费米能级之差。被称为开路电压。 外接电路短路时，流过电路的电流ISC为短路时产生的光生电流， ISC被称为短路电流。 随着光照的加强，光生电势和电流增加。 2.1 光电池 光电池直接把光能转换为电能的光电器件。 光电池的基本结构就是一个PN结。按材料分，有硅、硒、硫化镉、砷化镓和无定型材料的光电池等。按结构分，有同质结和异质结光电池等。 ?光电池中最典型的是同质结硅光电池。国产同质结硅光电池因衬底材料导电类型不同而分成2CR系列和2DR系列两种。 光电池的电流与电压 PN结中有三种电流：？ 扩散电流I1，漂移电流I0，光生电流Ip 结电流 外电路电流 开路电压 短路电流 光电流 光电池的主要特性 光照特性 P28 2-12 光照特性与负载电阻的关系 P28 2-13 光谱特性 P28 2-14 伏安特性 频率特性 负载电阻小，结电容小，频率响应好。 光敏面积越大，频率特性越差。 P30 图2-16 温度特性 温度变化影响大 ，对开路电压，具有负温度系数；对短路电流，具有正温度系数。 硒光电池超过50°C, ，硅光电池超过200°C ，晶格烧坏。 P30 图2-17 太阳能光源装置 串并的形式，串联增加提高电压，并联提高电流。 P30 图2-18 单晶硅太阳能电池效率10%~22%，聚光后 26%~28% 几种国产硅光电池的特性