7光电池 光电池
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S4.7、光电池
光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光 线作用时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大 面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时， 若光子能 量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一 对自由电子和空穴， 电子-空穴对从表面向内迅速扩散， 在结电场的 作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 图为硅光电池原 理图。
2020/12/12
8
图 4.7-5 硅光电池的温度特性
50 0
2.2
40 0
开路电压
30 0
200 短 路 电 流
2.0
U / mV I / mA
10 0
1.8 0 20 40 60 80 100
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温 度 /℃
9
表4.7-1 硅光电池2CR型特性参数
2020/12/12
10
表硅光电池2CR型特性参数
2020/12/12
1
硼 扩 散层
Si O2膜 P型 电 极
I
N型 硅 片
P N结
A
电极 (a)
4.7-1 硅光电池原理图 (a) 结构示意图； (b) 等效电路
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I A
(b)
2
光电池基本特性有以下几种：
(1) 光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 图
4.7-2为硅光电池和硒光电池的光谱特性曲线。从图中可知， 不同材
0.6
开 路 电压
0.4
短 路 电流
0.2
2 000
0 4 000
照 度 / lx
6
相 对 光 电 (流%) /
（3） 频率特性 图4.7-4分别给出硅光电池和硒光电池的频率特性，横坐 标表示光的调制频率。由图可见，硅光电池有较好的频率响应。
10 0 硅 光 电池
80
60 硒 光 电池
40
20
0 1500 3000 4500 6000 7500
2020/12/12
11
不宜用作电压源。
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4
图4.7-2 硅光电池的光谱特性
10 0
80 硒
60
硅
S /%
40
20
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0 400 600 800 1000 1200
/ nm
5
图 4.7-3 硅光电池的光照特性
光 生 电 流 / mA 光 生 电 压 /V
0.3 0.2 0.1
0
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f/ Hz
图4.7-4 硅光电池的频率特性
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(4) 温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路 电流随温度变化的情况。由于它关系到应用光电池的仪器或设备的温 度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标， 因此温度特性是光 电池的重要特性之一。光电池的温度特性如图4.7-5所示。从图中看出， 开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓 慢增加。由于温度对光电池的工作有很大影响，因此把它作为测量元 件使用时，最好能保证温度恒定或采取温度补偿措施。
料的光电池，光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的，硅光电 池波长在0.8μm附近，硒光电池在0.5μm附近。硅光电池的光谱响应 波长范围为0.4~1.2μm，而硒光电池只能为0.38~0.75μm。可见，硅光 电池可以在很宽的波长范围内得到应用。
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(2) 光照特性 光电池在不同光照度下， 其光电流和光生电动势 是不同的，它们之间的关系就是光照特性。图4.7-3为硅光电池的开路 电压和短路电流与光照的关系曲线。从图中看出， 短路电流在很大 范围内与光照强度呈线性关系，开路电压（即负载电阻RL无限大时） 与光照度的关系是非线性的，并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。 因此用光电池作为测量元件时， 应把它当作电流源的形式来使用，
光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光 线作用时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大 面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时， 若光子能 量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一 对自由电子和空穴， 电子-空穴对从表面向内迅速扩散， 在结电场的 作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 图为硅光电池原 理图。
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图 4.7-5 硅光电池的温度特性
50 0
2.2
40 0
开路电压
30 0
200 短 路 电 流
2.0
U / mV I / mA
10 0
1.8 0 20 40 60 80 100
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温 度 /℃
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表4.7-1 硅光电池2CR型特性参数
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表硅光电池2CR型特性参数
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硼 扩 散层
Si O2膜 P型 电 极
I
N型 硅 片
P N结
A
电极 (a)
4.7-1 硅光电池原理图 (a) 结构示意图； (b) 等效电路
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I A
(b)
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光电池基本特性有以下几种：
(1) 光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 图
4.7-2为硅光电池和硒光电池的光谱特性曲线。从图中可知， 不同材
0.6
开 路 电压
0.4
短 路 电流
0.2
2 000
0 4 000
照 度 / lx
6
相 对 光 电 (流%) /
（3） 频率特性 图4.7-4分别给出硅光电池和硒光电池的频率特性，横坐 标表示光的调制频率。由图可见，硅光电池有较好的频率响应。
10 0 硅 光 电池
80
60 硒 光 电池
40
20
0 1500 3000 4500 6000 7500
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不宜用作电压源。
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图4.7-2 硅光电池的光谱特性
10 0
80 硒
60
硅
S /%
40
20
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0 400 600 800 1000 1200
/ nm
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图 4.7-3 硅光电池的光照特性
光 生 电 流 / mA 光 生 电 压 /V
0.3 0.2 0.1
0
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f/ Hz
图4.7-4 硅光电池的频率特性
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(4) 温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路 电流随温度变化的情况。由于它关系到应用光电池的仪器或设备的温 度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标， 因此温度特性是光 电池的重要特性之一。光电池的温度特性如图4.7-5所示。从图中看出， 开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓 慢增加。由于温度对光电池的工作有很大影响，因此把它作为测量元 件使用时，最好能保证温度恒定或采取温度补偿措施。
料的光电池，光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的，硅光电 池波长在0.8μm附近，硒光电池在0.5μm附近。硅光电池的光谱响应 波长范围为0.4~1.2μm，而硒光电池只能为0.38~0.75μm。可见，硅光 电池可以在很宽的波长范围内得到应用。
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(2) 光照特性 光电池在不同光照度下， 其光电流和光生电动势 是不同的，它们之间的关系就是光照特性。图4.7-3为硅光电池的开路 电压和短路电流与光照的关系曲线。从图中看出， 短路电流在很大 范围内与光照强度呈线性关系，开路电压（即负载电阻RL无限大时） 与光照度的关系是非线性的，并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。 因此用光电池作为测量元件时， 应把它当作电流源的形式来使用，