光生伏特工作原理
光生伏特效应及原理
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光生伏特效应
光生伏特效应:当阳光照射到PN结上,产生电子——空穴对,在半导体内部结附生成载流子没有被复合而达到空间电 荷区,受内建电场的吸引(不加外电场),电子流入N区,空穴流入P区,结果使N区存储了过剩的电子,P区有过剩的 空穴。它们在PN结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了抵消势垒电场作用外,还使P区带正电,N区带 负电,在N区和P区之前就的薄层就产生电动势,这就是光生伏特效应。
栅指形状(减少接触电阻,尽量少挡住阳光)
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Thanks
I:负载电流;
IL:光生电流; Is:P-N结反向饱和电流; V:P-N结两端电压;
光电池:利用半导体的光生伏特效应,而将光能转换成电能的装置。即将p-n结与外电路接通,只要光照不停止, 就会有源源不断的电流流过电路,p-n结起到了电源的作用。这类装置叫光电池。
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光生伏特效应
光电池的电流电压特性:
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光生伏特效应
P-N结的能带图:
P型
N型
P型
N型
Ef
Efp
Efn
无光照 能级弯曲的原因: 在热平衡条件下,同一体系具有相同的费米能级
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光生伏特效应
P-N结的能带图:
有光照
光照时n区产生少子空穴,p区产生少子电子; 在内建电场的作用下,n区的空穴向p区运动,而p区的电子向
光生伏特效应原理
光生伏特效应原理
一、引言
光生伏特效应是指在半导体中,当光照射到PN结处时,由于光子的能量被电子吸收后转化为电能而产生的现象。它是半导体光电转换技术中最基本的原理之一。本文将从以下几个方面详细介绍光生伏特效应的原理。
二、PN结
PN结是指由P型半导体和N型半导体通过扩散、熔合等方法制成的结构。在PN结中,P区和N区形成了一个电势差,因此会产生漂移运动的载流子,在PN结两侧形成空间电荷区。
三、光子吸收
当光照射到PN结处时,光子与半导体中的电子发生相互作用,使得部分电子获得足够能量跃迁到导带中成为自由电子。这个过程称为“光致激发”。
四、载流子漂移
在PN结两侧形成空间电荷区后,当有外加电压时,空间电荷区内的载流子会受到外场力作用而向对面运动。在这个过程中,如果遇到了被激发出来的自由电子,则会被加速并形成电流。这个过程称为“载
流子漂移”。
五、光生伏特效应
当光照射到PN结处时,由于光子的能量被电子吸收后转化为电能,使得PN结处的电势差发生变化,形成了一个外场力。这个外场力可以加速空间电荷区内的载流子,从而形成电流。这个现象就是光生伏特效应。
六、影响因素
1. 光强度:光强度越大,激发出的自由电子数量越多,从而产生的电流也会增大。
2. 光波长:不同波长的光子对半导体中的载流子激发程度不同,因此会影响到产生的电流大小。
3. 温度:温度升高会导致半导体中载流子数量增多,从而影响到产生的电流大小。
七、应用领域
1. 光伏发电:利用太阳能通过光生伏特效应转化为电能。
2. 光通信:利用光纤传输信息时需要将信息转换为光信号,然后通过半导体器件进行调制和解调。
太阳能电池基本工作原理
太阳能电池基本工作原理
太阳能电池的具体工作原理(光生伏特效应具体过程)如下:当太阳光照射至半导体表面时,半导体内部N区和P区中原子的价电子通过光辐射获取超过禁带宽度的能量(电子能级从价带增加至导带),脱离共价键的束缚。由此,半导体内部产生非平衡状态的电子空穴对。若非平衡电子空穴对在半导体内复合,并恢复至平衡状态,则该半导体不能将吸收的光能转化为电能,其吸收的光能被自身损耗,不能对外发电。
因此,要实现光电转换的目的,需在半导体中电子空穴对复合以前,将电子与空穴分离,使二者不能在半导体内直接复合。
半导体电子与空穴分离可依靠PN结空间电荷区的“势垒”电场实现。半导体内电子空穴对被光激发产生后,立即被PN结内电场分离,电子被推向N区,空穴被推向P区,即N区具有过剩的电子,P 区具有过剩的空穴,由此,PN结两侧产产生与“势垒”电场方向相反的光生电动势。
由此类具有PN结的半导体制作成太阳能电池并外接负载后,光生电流从P区经过负载流至N区,负载即可输出功率。
N型半导体是指自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体,P 型半导体是指空穴浓度远大于电子浓度的杂质半导体。当N型半导体和P型半导体接触时,在它们的交界处就出现电子和空穴的浓度差。此时,电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。当N型半导体中的电子扩散到P型一边,N型半导体由于失去电子
而带正电,P型半导体一边带负电。这样,就在接触界面处建立起了一个电场,被称为内建电场,其内电场方向由N区指向P区。
内建电场使N型半导体中的少数载流子会沿着与电子扩散方向相反的方向进行漂移运动。由于电子和空穴的电荷相反,所以多子扩散电流与少子漂移电流的方向正好相反。随着多数载流子的扩散运动不断进行,相应一边失去的电荷也就越多;同时内建电场也因此不断增强,因此反向少子漂移电流被不断增加;最终空间电荷区内载流子的扩散电流与漂移电流将达到动态平衡。
光生伏特效应的工作原理
光生伏特效应的工作原理
光生伏特效应(Photovoltaic Effect)是指在特定材料中,当光照射
到其上时,会引发电荷的分离和产生电流的现象。这一效应是太阳能
电池及其他光电器件运转的基础,其工作原理的理解对于光伏发电等
领域的研究和应用具有重要意义。
光生伏特效应的工作原理可以通过以下几个方面来解释。
1. 半导体特性
在解释光生伏特效应之前,有必要了解半导体材料的基本特性。半导
体属于介于导体和绝缘体之间的一类材料,其导电特性可以通过控制
材料中的杂质和缺陷来改变。常用的半导体材料有硅和锗。
2. 光的能量转化
当光照射到半导体材料的表面时,光子的能量会被材料中的原子或分
子吸收,并促使电子跃迁到更高能级。这个过程涉及到光子的能量大
于电子与原子结合所需的能量。
3. 电子的分离与漂移
在光照射后,能量较高的电子和空穴(所谓的缺电子位)被激发出来。电子和空穴以不同的方式分离并朝相反的方向运动。这个分离过程发
生在材料内部的PN结,其中P区富含空穴,N区富含自由电子。
4. 电势差的产生
当电子和空穴分离后,由于它们分别位于不同的区域,就形成了电荷堆积和电势差。这个电势差会引导形成电流,并产生电压差,即光生电动势。根据奥姆定律,电流与电压成正比。
5. 界面效应
光生伏特效应还与半导体与其他电子器件之间的界面有关。当光生电荷流经半导体与外部电路之间的接触面时,界面效应会影响电流和电压的传输,并可能导致功率损耗或效率降低。
总结回顾:
光生伏特效应是光电效应的基础,通过光照射到半导体材料中,产生电子与空穴的分离和漂移,从而产生电流和电势差。这个效应在太阳能电池及其他光电器件中被利用,通过光的能量转化为电力。在应用上,光生伏特效应的工作原理可以用来解释太阳能发电、太阳能电池及其他光电器件的运行原理,以及如何提高其效率和稳定性。
光伏效应原理
光伏效应
光生伏特效应简称为光伏效应,指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
产生这种电位差的机理有好几种,主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以P-N结为例说明。
热平衡态下的P-N结
P-N结的形成:
同质结可用一块半导体经掺杂形成P区和N区。由于杂质的激活能量ΔE很小,在室温
下杂质差不多都电离成受主离子N
A -和施主离子N
D
+。在PN区交界面处因存在载流子的浓度差,
故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间,在N区的电子为多子,在P区的电子为少子,
使电子由N区流入P区,电子与空穴相遇又要发生复合,这样在原来是N区的结面附近电子变得很少,剩下未经中和的施主离子N
D
+形成正的空间电荷。同样,空穴由P区扩散到N区
后,由不能运动的受主离子N
A
-形成负的空间电荷。在P区与N区界面两侧产生不能移动的离子区(也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层),于是出现空间电偶层,形成内电场(称内建电场)此电场对两区多子的扩散有抵制作用,而对少子的漂移有帮助作用,直到扩散流等于漂移流时达到平衡,在界面两侧建立起稳定的内建电场。
热平衡下P-N结模型及能带图
P-N结能带与接触电势差:
在热平衡条件下,结区有统一的E
F ;在远离结区的部位,E
C
、E
F
、E
ν之间的关系与结形
成前状态相同。
从能带图看,N型、P型半导体单独存在时,E
FN 与E
FP
有一定差值。当N型与P型两者
紧密接触时,电子要从费米能级高的一方向费米能级低的一方流动,空穴流动的方向相反。同时产生内建电场,内建电场方向为从N区指向P区。在内建电场作用下,E
光生伏特效应与原理
光生伏特效应
光电池的电流电压特性:
2.开路电压 ➢ 负载电流I=0,即IL=IF: 3.短路电流
Voc kT ln( I L 1) q IS
I I ➢ 将p-n短路V=0,则IF=0,所得电流为短路电流ISC:
SC
L
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光生伏特效应
光电池的电流电压特性:
4.特性曲线
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e P e e n e 浅结
太阳光
在光激发下多数载流子浓度一般改变很小,
而少数载流子浓度却变化很大,因此应主要研 究光生少数载流子的运动.
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光生伏特效应
P-N结的内建电场:
p
n
e eபைடு நூலகம்
e e
空穴
电子
p 耗尽层 n
---- ---- ++++ ++++
x0
U0
x
x0
动平衡时 p 型与 n 型接触区域的电势变化
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光生伏特效应
P-N结的能带图:
P型
N型
P型
N型
Ef
Efp
Efn
无光照 能级弯曲的原因: 在热平衡条件下,同一体系具有相同的费米能级
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光生伏特效应
P-N结的能带图:
光生伏特现象
光生伏特现象
英文名称:photovoltaic effect。光生伏打效应是指半导体由于吸收光子而产生电动势的现象,是当半导体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。严格来讲,包括两种类型:一类是发生在均匀半导体材料内部;一类是发生在半导体的界面。虽然它们之间有一定相似的地方,但产生这两个效应的具体机制是不相同的。通常称前一类为丹倍效应[1],而把光生伏打效应的涵义只局限于后一类情形。
当两种不同材料所形成的结受到光辐照时,结上产生电动势。它的过程先是材料吸收光子的能量,产生数量相等的正﹑负电荷,随后这些电荷分别迁移到结的两侧,形成偶电层。光生伏打效应虽然不是瞬时产生的,但其响应时间是相当短的。1839年,法国物理学家A. E. 贝克勒尔意外地发现,用两片金属浸入溶液构成的伏打电池,受到阳光照射时会产生额外的伏打电势,他把这种现象称为光生伏打效应。1883年,有人在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应。后来就把能够产生光生伏打效应的器件称为光伏器件。
当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会产生光生伏打效应。光生伏打效应使得PN结两边出现电压,叫做光生电压。使PN结短路,就会产生电流。
编辑本段原理
半导体界面包括有:由于掺杂质不同而形成的P型区和N型区的界面,即PN结;金属和半导体接触的界面;不同半导体材料制成的异质结界面以及由金属-绝缘体-半导体组成的MIS系统的界面。在这些界面处都存在有一个空间电荷区,其中有很强的电场,称为自建电场。光照产生的电子-空穴对,在自建电场作用下的运动,就是形成光生伏打效应的原因。下面以PN结为例进一步具体说明。
解释光生伏特效应
解释光生伏特效应
光生伏特效应是指在光照射下,金属表面的电子受到能量激发后获得
足够的能量,从而逃离金属表面,形成电子流的现象。这个过程中,
需要满足一定的条件才能发生。
首先,光子需要具有足够的能量才能激发金属表面的电子。这个能量
与光子的频率成正比。当光子频率增加时,其能量也会增加,因此可
以更容易地激发出金属表面的电子。
其次,金属表面必须具有足够高的电场强度。当光照射到金属表面时,其产生的电场会使得金属表面上的自由电子运动受到影响。如果电场
强度不够强,则自由电子无法获得足够的动能来逃离金属表面。
最后,在光照射下,自由电子逃离金属表面后会形成一个带正电荷的
空穴。这个空穴会吸引周围其他自由电子向其移动,并在移动过程中
释放出一些能量。这种释放出来的能量可以被用来产生更多自由电子,并进一步增加电流的强度。
总之,光生伏特效应是一种非常重要的物理现象,它可以用于制造各
种光电器件,如太阳能电池板、光电传感器等。同时,它也为我们深
入了解物质的本质提供了重要的思路和方法。
用pn结解释光生伏特效应
用pn结解释光生伏特效应
光生伏特效应是指当光照射到PN结之后产生的电压效应。在PN结中,当光束射在P区域上时,光子能量被部分转化为电子的动能,从而将电子从价带激发到导带。这些激发的电子会在PN结中的电场作用下,朝着N区域移动,而空穴则朝着P 区域移动。由于PN结的内建电场,电子和空穴会朝着反方向移动,产生一个电压差,这就是光生伏特效应。
当光照射强度增加时,激发的电子和空穴的数量增加,从而电压差也会增加。光生伏特效应在光电二极管、太阳能电池等光电器件中起着重要作用。通过将光生伏特效应应用在光电器件中,可以将光能转化为电能,实现光电能量转换。
总之,光生伏特效应是通过光照射到PN结上产生的光电子效应,其中光子能量被转化为电子动能,从而产生电压差。
光生伏特效应的原理与应用
光生伏特效应的原理与应用
1. 简介
光生伏特效应是指光照射在半导体表面时,由于光的能量激励了半导体中的电子,使其从价带跃迁到导带,从而产生电流的现象。该效应具有很高的照度响应、长寿命、低噪声等特点,被广泛应用于光电器件、太阳能电池等领域。
2. 原理
•光照射:当光线照射到半导体表面时,光子的能量激发了半导体中的电子。这些光子可以激发价带中的电子,使其跃迁到导带中。
•电子跃迁:当电子从价带跃迁到导带时,产生了电子-空穴对。电子位于导带,具有负电荷;空穴位于价带,具有正电荷。
•电流产生:由于导带中的电子具有负电荷,它们可以在电场的作用下向电极移动。当外电路连接到半导体上时,电子会从半导体中流出,形成电流。
3. 应用
3.1 光电器件
光生伏特效应在光电器件中得到广泛应用,如光电二极管、光电晶体管等。
•光电二极管:光电二极管是一种将光能转换为电能的器件。它利用光生伏特效应,在半导体中产生电流。光电二极管广泛应用于光通信、激光测距等领域。
•光电晶体管:光电晶体管是一种具有放大功能的器件。它利用光生伏特效应,在半导体中产生的电流被放大,从而实现信号放大的功能。光电晶体管常用于光学放大器、高速光通信等领域。
3.2 太阳能电池
光生伏特效应是太阳能电池的基本原理之一。太阳能电池利用光生伏特效应将
太阳光能转化为电能。
•光电导带:太阳能电池中的光电导带是由材料特殊处理得到的。当光线照射在导带中时,光子的能量激发了导带中的电子,使其跃迁到导带中,产生电流。
•外电路:太阳能电池将产生的电流通过外电路导出,可以用来给电子设备供电。
光生伏特效应
铁电光伏效应的机制
(1)体光伏效应 (2)畴壁理论
实际上,并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设N区中空穴在寿命τp的时间内扩散距离为Lp, P区中电子在寿命τn的时间内扩散距离为Ln。Ln+Lp=L远大于P-N结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距 离L内所产生的光生载流子都对光电流有贡献。
发电方式
发电方式
太阳能发电方式太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
(1)光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换 成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火 力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。
(2)光—电直接转换方式该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光—电转换的基本装置 就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电 二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联 或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有 永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用; 与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染。
光生伏特效应的光电器件
光生伏特效应的光电器件
光生伏特效应的光电器件主要包括光电池、光电二极管和光电倍增管。
1. 光电池(Photovoltaic Cell)是利用光生伏特效应将光能转化为电能的器件。光电池的工作原理是光照射到半导体材料上,激发电子跃迁到导带,产生电流。光电池广泛应用于太阳能电池板中,将太阳光转化为电能。
2. 光电二极管(Photodiode)是一种具有光电效应的二极管。当光照射到光电二极管上时,被吸收的光子能量足够大以至于可以将价带中的电子激发到导带中,形成电流。由于光电二极管对光的敏感度较高,因此可用于光电检测、通信、遥感等领域。
3. 光电倍增管(Photomultiplier Tube)是一种利用光电子倍增效应将光转化为电信号的器件。光照射到光电倍增管的光阴极上,引起光电子的发射,然后通过倍增电子倍增管中的电子倍增器件被倍增,最终形成一个可观测的电信号。光电倍增管对低强度光信号具有较高的灵敏度和放大能力,因此可用于光谱分析、荧光检测等领域。
光生伏特效应原理
光生伏特效应原理
引言
光生伏特效应是指当光线照射到某些物质上时,会产生电势差或电荷分离的现象。本文将介绍光生伏特效应的原理及其应用。
光生伏特效应的基本原理
光生伏特效应是一种光与电子的相互作用现象,其基本原理如下:
1. 光电效应
光电效应是指当光线照射到金属表面时,会使金属表面上的电子获得足够的能量,从而逃逸出金属的现象。光子能量越大,金属表面上的电子获得的能量越多,逃逸的电子能量越高。
2. 光电发射
光电发射是光电效应的一种特殊形式,当光线照射到金属表面时,金属表面上的电子会产生电流。光电发射的电流与光线的强度、频率以及金属材料的特性有关。
3. 光生伏特效应
光生伏特效应是在光电发射的基础上发展起来的一种新的现象。当光线照射到半导体材料的界面处时,由于光的能量足够大,会使半导体材料中的电子获得能量,从而跃迁到导带中,产生电荷分离的现象。
光生伏特效应的实现条件
要实现光生伏特效应,需要满足以下几个条件:
1. 材料选择
选择合适的半导体材料非常重要,常见的半导体材料有硅、锗等。这些材料具有较小的禁带宽度,使得电子易于跃迁到导带区。
2. 光线的能量
光线的能量足够大,以使得电子可以从价带跃迁到导带。能量越大,电子跃迁的几率越高。
3. 光线的入射角度
光线的入射角度也会对光生伏特效应产生影响。当光线垂直入射时,效应最为明显。角度越大,效应越小。
光生伏特效应的应用
光生伏特效应在科学研究和工程应用中具有重要意义,以下是一些常见的应用:
1. 光电池
光电池利用光生伏特效应将太阳光转化为电能。太阳能光电池是目前应用最广泛的光生伏特效应设备之一。太阳能光电池将太阳光转化为电能,供应给家庭、工业以及农业等领域的电力需求。
光生伏特效应及原理
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光生伏特效应
光电池的Hale Waihona Puke Baidu流电压特性:
1.P-N结电流方程
qV
IILIFILIS(ekT1)
I:负载电流;
IL:光生电流; Is:P-N结反向饱和电流; V:P-N结两端电压;
光电池:利用半导体的光生伏特效应,而将光能转换成电能的装置。即将p-n结与外电路接通,只要光照不停止, 就会有源源不断的电流流过电路,p-n结起到了电源的作用。这类装置叫光电池。
此时,如果将外电路短路,则外电路中就有与入射光能成正比的电流流过,这个电流称作短路电流。另一方面,若 将PN结两端开路,则由于电子和空穴分别流入N区和P区,使N区费米能级比P区费米能级高,在这两个费米能级之间 就产生了电位差Voc,可以测得这个值,值称为开路电压。
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光生伏特效应
P-N的结光生伏特效应:
x
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光生伏特效应
P-N结的能带图:
P型
N型
P型
N型
Ef
Efp
Efn
无光照 能级弯曲的原因: 在热平衡条件下,同一体系具有相同的费米能级
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光生伏特效应
P-N结的能带图:
有光照
光照时n区产生少子空穴,p区产生少子电子; 在内建电场的作用下,n区的空穴向p区运动,而p区的电子向
光生伏特效应定义
光生伏特效应定义
光生伏特效应是指在半导体材料中,当光照射到PN结时,会产生电子-空穴对,电子和空穴会被PN结的电场分别引导到P区和N区,从而产生电压。这种现象被称为光生伏特效应。
光生伏特效应的原理
PN结是半导体器件的基本结构,它由P型半导体和N型半导体组成。P型半导体中的掺杂原子是三价的,如硼(B),它会在晶体中留下一个正电荷。N型半导体中的掺杂原子是五价的,如磷(P),它会在晶体中留下一个负电荷。PN结的P区和N区之间存在电场,这个电场是由掺杂原子的电势差引起的。
当光照射到PN结上时,光子会被吸收,产生电子-空穴对。电子和空穴会被PN结的电场分别引导到P区和N区,从而产生电压。如果将PN结连接到一个外部电路,就可以将这个电压输出到外部。
光生伏特效应的应用
光生伏特效应在光电器件中有广泛的应用。最常见的应用是太阳能电池,在太阳能电池中,PN结会将光能转化为电能。当太阳光照射到太阳能电池上时,光子会被吸收,产生电子-空穴对,电子和空穴会被PN结的电场分别引导到P区和N区,从而产生电压。这个电压可以被用来驱动电路或充电电池。
除了太阳能电池,光生伏特效应还可以应用于光电探测器、光电开关、光电继电器等光电器件中。光生伏特效应的应用使得光能可以被转化为电能,从而扩展了光电技术的应用范围。
光生伏特效应的未来
随着科技的发展,光生伏特效应在太阳能电池、光电器件中的应用越来越广泛。未来,光生伏特效应还有很大的发展空间。一方面,科学家们正在研究新型半导体材料,以提高光生伏特效应的效率和稳定性;另一方面,光生伏特效应还可以应用于光催化、光电化学等领域,从而实现更多的能量转化。
光生伏特效应的原理和应用
光生伏特效应的原理和应用
1. 导言
光生伏特效应是一种涉及光与半导体材料相互作用所导致的现象。在光生伏特
效应中,光能量会被半导体材料吸收,并在材料内部产生电子-空穴对。这种现象
在光电子器件和太阳能电池等应用中具有重要意义。
2. 原理
光生伏特效应的原理基于半导体材料的能带结构和光的能量量子化。半导体材
料通常具有禁带宽度,其中包含能量较高的传导带和能量较低的价带。当光能量与半导体材料的禁带宽度相匹配时,光子可以激发价带中的电子跃迁到传导带中,留下一个空穴。
3. 光生伏特效应的应用
光生伏特效应在许多领域中得到了广泛的应用,并在光电子器件和太阳能电池
等领域中具有重要意义。以下是一些光生伏特效应的应用:
•太阳能电池:光生伏特效应是太阳能电池的基本原理。太阳能电池利用光生伏特效应将光能转化为电能。在太阳能电池中,光子激发半导体材料中的电子-空穴对,产生电流。
•光电二极管:光电二极管是利用光生伏特效应工作的器件。当光束照射到光电二极管上时,光子激发半导体材料中的电子-空穴对,产生电流。
•光电子显微镜:光电子显微镜利用光生伏特效应可观察样品的电子结构。通过将光束照射到样品上,光子激发样品中的电子-空穴对,产生电流信号,并通过显微镜观察。
•光电二极管阵列:光电二极管阵列是一种具有多个光电二极管的器件,被广泛应用于光通信和光信号检测等领域。通过利用光生伏特效应,光电二极管阵列可以转换光信号为电信号,并进行高速信号传输。
•光电效应传感器:光电效应传感器是一种利用光生伏特效应检测物体的器件。当光束照射到光电效应传感器上时,光子激发器件中的电子-空穴对,产生电信号以检测物体的存在与否。
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半导体界面包括有:由于掺杂质不同而形成的P型区和N型区的界面,即PN结;金属和半导体接触的界面;不同半导体材料制成的异质结界面以及由金属-绝缘体-半导体组成的MIS系统的界面。在这些界面处都存在有一个空间电荷区,其中有很强的电场,称为自建电场。光照产生的电子-空穴对,在自建电场作用下的运动,就是形成光生伏打效应的原因。下面以PN结为例进一步具体说明。
在PN结交界面处N区一侧带正电荷,P区一侧带负电荷,空间电荷区中自建电场的方向自N区指向P区。由于光照可以在空间电荷区内部产生电子-空穴对,它们分别被自建电场扫向N区和P区,就如同有一个电子由P区穿过空间电荷区到达N区,形成光致电流。在空间电荷区附近一定范围内产生的电子-空穴对,只要它们能通过扩散运动到达空间电荷区,同样可以形成光致电流,光照产生的电子和空穴扩散运动所能走的距离为扩散长度。光致电流使N区和P区分别积累了负电荷和正电荷,在PN结上形成电势差,引起方向与光致电流相反的N结正向电流。当电势差增长到正向电流恰好抵消光致电流的时候,便达到稳定情况,这时的电势差称为开路电压。如果PN结两端用外电路连接起来,则有一股电流流过,在外电路负载电阻很低的情况,这股电流就等于光致电流,称为短路电流。