光伏探测器详解-完整版
zm光伏探测器
SE为光照灵敏度
8
Figure. Current vs. voltage characteristic 9
讨论：
1）负载电阻RL断开时IL=0，pn结两端的电压 为开路电压V0c
V0c
kT ln(1 I p )
q
I0
通常Ip》I0
V0c
kT q
ln(
Ip I0
)
kT q
ID
Ip
P
N
IL
RL
正偏工作原理
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无光照时，伏安特性曲线 与一般二极管的伏安特性 曲线相同；受光照后，产 生光电流，方向与I0相同， 因此曲线将沿电流轴向下 平移，平移的幅度与光照 度的变化成正比。当pn结 加反偏压时，暗电流随之 增大，而光电流Ip几乎与 反压的高低无关。
第一象限：正向偏置工作 模式，光电流不起作用， 这一区域工作没有意义。
3
3.3.1 光伏器件原理
4
一、热平衡下的p-n结
pn结中电子向P区，空穴向n区扩散，使p区带负电，
n区带正电，形成由不能移动离子组成的空间电荷区
（耗尽区），同时出现由耗尽层引起的内建电场，并阻
止电子和空穴继续扩散，达到平衡。在热平衡下，由于
pn结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零。但是如果
有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过pn结的电流方
光伏模式时，因是无偏压工作，暗电流产生的散粒噪声 小，无低频噪声。无光照时仅有热噪声，故信噪比较高。 在低频工作时具有优势。但截止频率较低，长波灵敏度 略小一些。
15
三、微变等效电路
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3.3.2 光伏器件性能参量
17
一、响应率 二、噪声 三、光谱特性 四、频率特性 五、背景限
光伏探测器
一、光伏探测器的工作原理光生伏特效应是光照度使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。
对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN 结、不同质的半导体组成的异质结或半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照这种半导体时由于半导体对光的吸收而产生了光生电子-空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和积聚而产生电位差，这种现象是最重要的一类光生伏特效应。
对于均匀半导体，由于体内没有内建电场，当光照这种半导体一部分时，由于光生载流子浓度梯度的不同而引起载流子扩散运动。
但电子-空穴的迁移率不等，由于两种载流子扩散速度的不同而导致两种电荷的分开，从而出现光生电势。
这种现象称为丹倍效应。
此外，如果存在外加磁场，也可使得扩散中的两种载流子向相反方向偏转从而产生光生电势，称为光磁效应。
通常把丹倍效应和光磁电效应称为体积光生伏特效应。
二、光伏探测器的伏安特性有光照时，若PN 结外电路接上负载电阻L R ,如图所示，在PN 结内将出现两种方向相反的电流：一种是光激发产生的电子-空穴对形成的光生电流P I ,它与光照有关，其方向与PN 结方向饱和电流o I 相同;另一种是光生电流D I 流过负载电阻P R 产生电压降，相当于在PN 结施加正向偏置电压，从而产生正向电流D I ，总电流L I 是两者之差，即流过负载的总电流为：)1(/--=-=kTqV o P D P L eI I I I I (A)上式中的光电流P I 正比于光照度E ，比例常数E S 称为光照灵敏度，即E S I E P = (A)当负载电阻L R 断开时，0=L I ，称P 端对N 端电压为开路电压oc V ，且由于，则近似地有 )l n (oE oc I ES q kTV =（V ）当负载电阻L R 短路时，0=L R ，称流过回路的电流为短路电流sc I ，短路电流就是光生电流P I 。
P I 与光照度E 或光通量Φ成正比，从而得到最大线性区，这在线性测量中被广泛应用。
光伏探测器的原理与应用
光伏探测器的原理与应用1. 原理介绍光伏探测器（Photovoltaic Detector）是一种将光能直接转化为电能的器件。
它利用光电效应原理，将吸收的光子能量转化为电荷或电压信号。
光伏探测器是光电探测器的一种重要类型，广泛应用于光通信、光谱分析、环境监测、太阳能电池等领域。
主要的光伏探测器类型包括：光电二极管、光电导、光电晶体管、光电效应晶体管、光电倍增管等。
下面将逐一介绍这些光伏探测器的原理和应用。
1.1 光电二极管光电二极管是一种最简单的光伏探测器，它基于PN结的正常工作原理。
当光线照射到PN结上时，光子能量会激发光伏效应，产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对将会在电场的作用下分离，形成电流。
在应用方面，光电二极管常用于光通信、显示器亮度控制、光照度测量等领域。
由于光电二极管的结构简单，成本低廉，并且灵敏度较高，因此被广泛应用于各种光电设备中。
1.2 光电导光电导（Photocunductor）是利用半导体材料的光电效应原理制成的光伏探测器。
它的结构类似于晶体管，但没有PN结。
光电导的导电性随着入射光的强度而改变，当光照射到光电导的表面时，导电性增加，产生电流。
光电导具有光响应速度快、灵敏度高的优点。
它常用于图像传感、光谱仪、精密测量等领域。
1.3 光电晶体管光电晶体管（Phototransistor）是一种将光信号转化为电信号的光伏探测器。
它由普通晶体管和光敏元件组成。
当光照射到光电晶体管的敏感区域时，光子能量被转化为电子信号，通过晶体管的放大作用，得到较大的电流输出。
光电晶体管具有灵敏度高、应用范围广的特点。
它常用于光照度测量、光谱分析、自动控制等领域。
1.4 光电效应晶体管光电效应晶体管（Photovoltaic Transistor）是将光电二极管和晶体管相结合的光伏探测器。
它不仅能够将光能转化为电能，还可以放大信号。
光电效应晶体管的输出可以直接连接到数字电路或模拟电路中使用。
光电效应晶体管广泛应用于光通信、图像传感、光电测量等领域。
3-4 光伏探测器
3.4 光伏探测器（PV——Photovoltaic ）光伏探测器——利用光生伏特效应制成的光电探测器，是结型探测器。
原理：在内建电场的作用下，电子——空穴对漂移至两端，形成电压。
§3.4.1 光伏探测器的工作原理一、热平衡下的PN 结 1.几个物理参数 势垒高度 2lnA DD iN N qV kT n ⋅= 结区宽度 1/22[()]A DL A DN N W V q N N V εε+=⋅−⋅ PN 结电容 1/201[()()]2A D j A D D qN N C A N N V Vεε⋅=⋅+−2.PN 结电流方程（伏安特性曲线）1：正向导通部分2：反向截止部分3：反向击穿部分/00qV KT D I I e I =−I D ：流过PN 结的电流 I 0：PN 结的反向饱和电流 V ：加在PN 结上的正向电压 二、有光照下的PN 结1.光照下PN 结的两种工作模式当光照射PN 结时，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子－空穴对。
这些非平衡载流子在内建电场的作用下，空穴顺着电场运动，电子逆电场运动；在开路状态，最后在N 区边界积累光生电子，P 区积累光生空穴，产生了一个与内建电场方向相反的光生电场，即P 区和N 区之间产生了光生电压V oc２.光照下PN 结的电流方程 零偏置的光伏工作模式:光照PN 结工作原理有光照射时，若PN 结电路接负载电阻R L ,如图，在PN 结内出现两种方向相反的电流：光激发产生的电子－空穴对，在内建电场作用下，形成的光生电流I p ，它与光照有关，其方向与PN 结反向饱和电流I 0相同。
反向偏置的光电导工作模式:另一种在PN 结施加反向偏置电压，总电流是两者之差：/00qV KT L D p p I I I I e I I =−=−−光生电流: p E I S E =⋅ S E 为光照灵敏度 有光照下的伏安特性曲线如下：/00qV KT L D p p I I I I e I I =−=−−有光照下的伏安特性曲线讨论：开路电压V oc负载电阻R L 断开时I L =0，PN 结两端的电压为开路电压，用V oc 表示/00qV KT L D p p I I I I e I I =−=−− 0ln(1)p oc I kTV q I =+ 通常I p 》I 0；则：000ln()ln(p E c I S E kT kT V q I q I ⋅≈= 短路电流负载电阻短路时R L =0, 短路电流：sc p E I I S E ==⋅频率特性如果给PN 结加上一个反向电压V b ，外加电压所建电场和PN 结内建电场方向相同，使得结势垒由qV D 增加到q(V D +V b )，使光照产生的电子－空穴对在强电场作用下更容易产生漂移运动，提高了器件的频率特性。
光伏特探测器
IL ID IP Is0 (eqv/KT 1) IP
以p-n结的正向电流的方向为正方向
处于反偏的PN结：
无光照时，反向电阻很大，反向电流很小； 有光照时，光子能量足够大产生光生电子—空穴对，
在PN结电场作用下，形成光电流， 电流方向与反向电流一致，光照越大光电流越大。
Isc＝Ip＝Se·E
硅单晶光电池短路电流可达35~40mA源自cm2➢照度-电流电压特性
硅光电池的Uoc、Isc与照度的关系
光电池的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而 开路电压UOC与光照度的对数成正比。
开路电压UOC和短路电流Isc与光电池受光面积也有关系。 在光照度一定时，UOC与受光面积的对数成正比，短路 电流Isc与受光面积成正比。
④温度特性
光电池的参数随 工作环境温度改变 而变化。
开路电压具有负 温度系数，而短路 电流具有正温度系 数。
4.3.3 光电池偏置电路 自给偏置电路
(a)基本形式 (b)等效电路 (c)图解法 图4-14 硅光电池无偏置电路
最佳负载线 最大输出功率
光电池偏置电路
根据所选负载电阻的数值不同可以把光电池的工作曲线分作四 个区域，分别如下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示，对应的四个工作 状态为短路或线性电流放大、线性电压放大、空载电压输出和 功率放大。
➢ 开路电压与入射光通量的对数成正比，即随入射
光通量增大按对数规律增大，但开路电压并不会无限增大， 它的最大值受PN结势垒高度的限制，通常光电池的开路 电压为0.45~0.6 V。在入射光强从零到某一定值作跳跃变 化的光电开关等应用中，简单地利用UOC电压变化，不需 加任何偏置电源即可组成控制电路，这是它的一个优点。
光伏探测器的原理和应用
光伏探测器的未来发展
多光谱光伏探测器
目前的光伏探测器大多只能响应特定波长的光。然而， 在实际应用中，往往需要同时响应多种波长的光。因此， 发展多光谱光伏探测器将成为未来的一个重要方向
安全监控：由于光伏探测器对光敏感， 因此它们可以用于安全监控系统。例 如，在机场或重要设施的安全检查中， 光伏探测器可以检测到隐藏的武器或 其他危险物品
医学成像：在医学成像中，光伏探测 器被用于各种成像技术，如光学层析 成像和荧光成像等。这些技术对于疾 病的诊断和治疗具有重要意义
空间探索：在空间探索中，光伏探测 器被用于各种目的，如测量太阳辐射、 检测星球表面的地形地貌以及研究大 气组成等
4
章节 PART
结论
结论
5
章节 PART
光伏探测器的未 来发展
光伏探测器的未来发展
Annual work summary
随着科技的进步和需求的增长，光伏探测器在未来将有更多的应用领域和更高的性能要求 。以下是几个可能的趋势
高效率光伏探测器：目前的光伏探测器转换效率已经相当高，但仍有提升空间。未来 的研究将致力于进一步提高光伏探测器的转换效率和稳定性，以实现更高效的能源利 用
集成化和智能化
将光伏探测器与其他电子器件集成在一起，实现智能化 控制和数据传输，将有助于提高光伏探测器的应用范围 和性能
环境适应性
在某些应用领域，如空间探索和海洋环境监测，光伏探 测器需要能够在极端环境下正常工作。因此，提高光伏 探测器的环境适应性也是未来发展的重要方向
光伏探测器的未来发展
《光伏探测器》课件
05
光伏探测器的未来发展前景
技术进步推动光伏探测器的发展
光伏探测器技术不断升级
随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，光伏探测器的光 电转换效率、稳定性、可靠性等性能指标得到显著提升。
光伏探测器智能化发展
结合物联网、大数据和人工智能等技术，光伏探测器将实现 智能化管理、远程监控和自适应调节等功能，提高能源利用 效率和系统稳定性。
此外，还有一批创新型企业通 过技术研发和产品创新，逐渐 在市场上占据一席之地。
主要参与者之间的竞争格局较 为激烈，市场集中度较高。
光伏探测器市场的发展趋势与未来展望
未来几年，随着技术的不断进步 和应用领域的拓展，光伏探测器
市场将继续保持稳定增长。
智能化、高效化、多功能化是光 伏探测器的发展趋势，企业应加 大研发投入，提升产品竞争力。
性、耐腐蚀性等。
03
光伏探测器的市场现状与趋势
全球光伏探测器市场规模与增长趋势
01
全球光伏探测器市场规模持续增长，预计未来几年 将保持稳定增长态势。
02
增长趋势受到技术进步、政策支持和市场需求等多 重因素推动，其中技术进步是关键驱动力。
03
随着光伏产业的发展，光伏探测器的应用领域不断 拓展，市场规模有望进一步扩大。
智能电网建设
光伏探测器作为智能电网的重要组成部分，有助于提高电网的稳定 性和可靠性，优化能源资源配置。
新能源汽车及充电设施
光伏探测器可为新能源汽车及充电设施提供绿色能源，促进新能源 汽车产业的可持续发展。
THANKS
感谢观看
主要地区的光伏探测器市场情况
欧洲、北美和亚太地区是全球光伏探测器市场的 主要地区。
这些地区的光伏产业发展较快，对光伏探测器的 需求量较大，市场占比也较高。
光伏探测器
一、光伏探测器的工作原理光生伏特效应是光照度使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。
对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN 结、不同质的半导体组成的异质结或半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照这种半导体时由于半导体对光的吸收而产生了光生电子-空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和积聚而产生电位差，这种现象是最重要的一类光生伏特效应。
对于均匀半导体，由于体内没有内建电场，当光照这种半导体一部分时，由于光生载流子浓度梯度的不同而引起载流子扩散运动。
但电子-空穴的迁移率不等，由于两种载流子扩散速度的不同而导致两种电荷的分开，从而出现光生电势。
这种现象称为丹倍效应。
此外，如果存在外加磁场，也可使得扩散中的两种载流子向相反方向偏转从而产生光生电势，称为光磁效应。
通常把丹倍效应和光磁电效应称为体积光生伏特效应。
二、光伏探测器的伏安特性有光照时，若PN 结外电路接上负载电阻L R ,如图所示，在PN 结内将出现两种方向相反的电流：一种是光激发产生的电子-空穴对形成的光生电流P I ,它与光照有关，其方向与PN 结方向饱和电流o I 相同;另一种是光生电流D I 流过负载电阻P R 产生电压降，相当于在PN 结施加正向偏置电压，从而产生正向电流D I ，总电流L I 是两者之差，即流过负载的总电流为：)1(/--=-=kTqV o P D P L eI I I I I (A)上式中的光电流P I 正比于光照度E ，比例常数E S 称为光照灵敏度，即E S I E P = (A)当负载电阻L R 断开时，0=L I ，称P 端对N 端电压为开路电压oc V ，且由于，则近似地有 )l n (oE oc I ES q kTV =（V ）当负载电阻L R 短路时，0=L R ，称流过回路的电流为短路电流sc I ，短路电流就是光生电流P I 。
P I 与光照度E 或光通量Φ成正比，从而得到最大线性区，这在线性测量中被广泛应用。
[光电信号检测]第5章 光伏探测器
![[光电信号检测]第5章 光伏探测器](https://img.taocdn.com/s3/m/36c96b06482fb4daa58d4bbc.png)
d ( n ) J D ( q ) n n dx
d ( p ) Jp D q p dx
hν
总的扩散电流密度为 J J J q ( D D ) n p n p 扩
hνd ( p ) dxVhνhνV
Dn、Dp分别表示电子和空穴扩散系数。由于电子和空穴带电的符号
§5-1 光生伏特效应
光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体 中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。 对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂 形成的pn结、不同质的半导体组成的异质结或金属 阻挡层 E 与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场。 当光照这种半导体时，由于半导体对光的吸收而产 生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就 会向相反的方向移动和积聚而产生电位差，这种现 P N 象是最重要的一类光生伏特效应。
相反，如果Dn＝Dp则二者的扩散电流完全抵消。 事实上一般Dn>>Dp，即电子扩散得比空穴快，并且扩散到较深的半 导体内部。 总的扩散电流将沿光照的负方向，引起电荷局部累积而打破电中性 状态，从而使半导体光照表面带正电而内部带负电，形成了沿x方向的 光生电动势。
如果将均匀半导体放在与光辐照方向相垂直的磁场中，将有 洛仑兹力作用于扩散的电子和空穴，使它们向垂直于扩散方 向的不同方向偏转，从而在半导体的两侧端面间产生电位差， 这种效应称为光磁电效应。
光电信号检测
第五章 光伏探测器
概述
光伏探测器是利用半导体的光生伏特效应制成的探 测器。分为有结型（常用）和无结型（不常用）。 有结型光伏探测器。按照 “结”的种类不同，又可 分为pn结型、pin结型、金属－半导体结型（肖特基 势垒型）和异质结型等。 最常用的光伏探测器有光电池、光电二极管、光电 三极管、pin管、雪崩二极管等。
光伏探测器原理
3 光电导器件的光电效应主要依赖于非平衡 载流子中多数载流子的产生与复合运动， 弛豫时间大，响应速度慢，频率响应性能 较差。而光伏器件主要依赖于结区非平衡 载流子中少数载流子的漂移运动，弛豫时 间短，频率特性好。 4 有些器件如APD（雪崩二极管）、光电三 极管等具有很大的内增益，不仅灵敏度高， 还可以通过较大的电流。
PN结的光电导模式 （反偏状态）：
光照反偏条件：当入射 光波照射于反偏置PN结 时，产生光生载流子， 少子在增强的内电场的 作用下，形成了大于反 向饱和电流的光电流。 此为光电二极管的工作 原理。
PN结型光伏器件与光电导器件的区别
1 产生光电转换的部位不同。光电导器件不 管哪一部分受光，电导率都会增大；而结型 器件只有光照到其结区，所产生的光生载流 子才能产生有效作用。 2 光电导器件无极性，工作时必须加偏压； 而光伏器件有确定的极性，工作时可以加偏 压，也可以不加偏压，都能把光信号转换成 电信号。
3 光谱特性
光电池的光谱特性主要取决于所用的材料与制作工艺（如 结的深浅），也与使用温度有关。 硅光电池光谱响应范 围0.4-1.1，峰值波长0.8-0.9，硒光电池光谱响应范围 0.34-0.75，峰值波长0.54。
4 频率特性
当光照射光电池时，由于载流子在结区内扩散、 漂移都要有一个时间过程，所以产生的光电流有 滞后于光照变化的现象。
光伏探测器工作原理及工作模式 光生伏特效应：光生伏特效应是光照使不均 匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在 空间分开而产生电位差的现象。这种现象称 为光生伏特效应。
1、PN结的光生伏特 效应：
2、PN结的工作模式
PN结的光生伏特模式（零偏 状态）：
第五章光伏探测器
入射光能转变成流过P-N结的电流 ---- 光电流 N区边界附近---光生电子积累；P区边界附近---光生空穴积累 --- 产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场 （方向：P--N） 电场引起势垒降低---减小量（光生电动势）--- P端正，N端负
光生伏特效应
由上面分析可以看出，为使半导体光电器件能 产生光生电动势（或光生积累电荷），它们应 该满足以下两个条件： 1. 只有光子能量h大于材料禁带宽度Eg 的入射光 才能激发出电子空穴对，使材料产生光生伏特 效应的现象
式中:ε0为真空介电常数 A为P-N结结面积,d为耗尽 层宽度。普通的硅光电二 极管的截止频率通常在百 兆赫量级。
Cd
0 A
d
六、温度特性
§5-3
光电池
--- 最简单的光伏器件（工作时无需外加偏压就 能将光能转换为电能）
太阳能电池 --- 将太阳能转换为电能； 光电池 --- 测量光辐射用(弱光照射时光电流 随照度线性变化) --- 光度计、线性测量
由光照下的P-N结输出的总电流的表达式可以求得光伏器件的 输出电压:
KT I s I V ln 1 q I so
当I=0时（PN结开路），PN结两端的开路电压VOC为
VOC
Is KT ln( 1) q I so
当V=0（PN结被短路）时的输出电流ISC即短路电流，并有
hc 光照p区（p区极薄），当光波长 c Eg 激发光生电子——空穴对 光生电子向p区体内扩散，p区极薄小于电子扩散长度Ln， 内建电场将光生电子扫向n区，空穴留在p区， 此时，pn结两端有电压，称为开路电压uoc。 当将p区n区用导线短接，电流表读数不为零；此电流称为短 路电流isc。
光伏探测器
PN结的零偏状态
光照零偏p-n结产生光 生载流子，少子在内 电场的作用下，电子 向N区漂移、使在N区 的边界呈负极性，空 穴向P区漂移，使在P 区的边界呈正极性， 此时产生开路电压， 短路光电流。此为光 电池的工作原理。
PN结反偏状态
光照反偏条件：当 入射光波照射于反 偏置PN结时，产生 光生载流子，少子 在增强的内电场的 作用下，形成了大 于反向饱和电流的 光电流。此为光电 二极管的工作原理。
三、光电二极管
1、光敏二极管与普通二极管比较
共同点： 都有一个PN结，具有单向导电性。 不同点：
①光敏二极管受光面大，PN结面积更大，PN结 深度较浅（提高光电转换能力）。表面有防 反射的SiO2保护层。 ②光敏二极管工作在负偏压。二极管一般工作 在正向偏压。
2、光敏二极管与光电池相比
光电池的伏安特性决定负载电阻的选取
（3）光谱特性
光电池的光谱特性主要取决于所用的材料与 制作工艺（如结的深浅），也与使用温度有 关。 硅光电池光谱响应范围0.4-1.1，峰值波 长0.8-0.9，硒光电池光谱响应范围0.34-0.75， 峰值波长0.54。
I (%)
Se
100
I (%)
Si
Si蓝
前极 后极
的是为了减少暗电流 和噪声。
环极
RL
带环极的简化电路图
2CU型光电二极管
前极
SiO2
P (B)
N (Si)
Al
RL
光电二极管电路符号
后极
Ip
Cp
RL
２ＣＵ光电二极管结构示意图 光电二极管等效电路
4、工作特性
5现代光伏特探测器
I=Is0(eqU/KT1) Ip
有光照无偏压流过PN结的电流方程：
有光照时，若p-n结外电路接上负载电阻 ，RL 如下
图所示，此时p-n结内出现两种方向相反的电流：
一种是光激发产生的电子—空穴对，在内建电场作
用下，形成的光生电流 ，I它p 与光照有关，其方向
与p-n结反向饱和电流 相同I ；另一种是光生电流 s0
⑤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,使用寿命也很长。 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,这在使用中要加以注意。表4.1给 出了几种硅光电池的性能参数,以供参考。
照下能发出功率，一对抗外
当E=0时，I
I s0 (eqU / KT
1)
加电压而产生电流
Id
下面分析两种情况：
（1）当负载电阻断开时，P端对N端的电压称为开路 电压，一般情况，由于p-n结光生电流远大于反向饱 和电流。得到：在一定温度下，开路电压与光电流的 对数成正比，或说开路电压与光电流成非线性关系， 也可以说与照度或光通量的对数成正比。即：
Isc＝Ip＝Se·E
硅单晶光电池短路电流可达35~40mA/cm2
➢照度-电流电压特性
硅光电池的Uoc、Isc与照度的关系
光电池的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而 开路电压UOC与光照度的对数成正比。
开路电压UOC和短路电流Isc与光电池受光面积也有关系。 在光照度一定时，UOC与受光面积的对数成正比，短路 电流Isc与受光面积成正比。
第4节 光伏探测器
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P接负、N接正 接负、
内电场被加 强，少子的漂 移加强， 移加强，由于 少子数量很少， 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。 向电流。
P
IR
内电场 外电场
PN结的电容效应 结的电容效应
(2) 势垒电容CB
第2章 光接收器件
第4节 光伏探测器
PN结的单向导电性 PN结的单向导电性
（1）. PN 结加正向电压（正向偏置） 结加正向电压（正向偏置） PN 结变窄 P接正、N接负 接正、 接负 接正
－－ － － － － －－ － － － － －－ － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
第2章 光接收器件
第4节 光伏探测器
光电二极管的特点
• 与光敏电阻比：微分电阻与光照无关 • 工作波长：本征、掺杂、可改变 • 量子效率
第2章 光接收器件
第4节 光伏探测器
第2章 光接收器件
第4节 光伏探测器
PN结的形成 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动 P 型半导体
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内电场越强，漂移运 内电场越强， 动越强， 动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。 电荷区变薄。
第七章. 光伏探测器
光电导探测器：主要依赖非平衡载流子中多子的产生与复合 运动，弛豫时间较大。响应速度慢，频率响应性能较差。 4.主要用途：光度测量、光开关、报警系统、图像识别、自 动控制等n个方向。
§5-1光生伏特响应与光伏探测器的工作原理
定义： 光生伏特效应：光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电 子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。
概述： 1.定义：利用半导体光生伏特效应而制成的探测器。 2.分类：pn结型、pin结型、金属-半导体结型和异质结型 光电池、光电二极管、光电三极管、pin管、雪崩二极管。 3.主要特点： ①结型器件，只有到达结区附近的光才会产生光电效应。 光电导器件：均值型，光不论照在它的哪一个部分，受光 部分的电导率都要增大。 ②有确定的极性，不需外加偏压也可以把光信号变为电信号 光电导探测器没有极性，工作时必须外加偏压。 ③光伏效应主要依赖于结区非平衡载流子中的少子漂移运 弛豫时间较小，响应速度快，频率响应特别好。 特例：光电三极管、雪崩二极管内有内增益，灵敏度较高
IM IR
②雪崩光电二极管的噪声 由雪崩过程引起的散粒噪声为
i NM 2eIM k f 2e( I D I P ) M k f
2
式中k与雪崩光电二极管材料有关。对于锗管，k=3， 硅管k为2.3～2.5 上式又可改写为
i NM 2e( I D I P ) M 2 F f
2
情况1：不均匀半导体 PN结：同质掺杂 异质结：不同质的半导体 肖特基势垒：金属和半导体 内在电场： 光→半导体→电子空穴对 内电场 运动→积聚→电位差 情况2：均匀半导体 体积光生伏特效应，没有内电场。 光→半导体的一部分→电子空穴对→浓度不同→扩散→扩散 速度不同→电荷分开→光生电伏（丹信效应） 电子空穴对 外加磁场 两种电荷分开→（光磁电效应） 丹信效应 体积光生伏特效应 光磁电效应