第三章光生伏特器件

I IDeKT ID
电压I代有D e表关qKUT 正，向U电时流它0，将方迅向速从增p大端；经过时pU-等n结于0 指零向，n即端平，衡它状与态外，
时它趋U向于0零。
第二项 代I D 表反向饱和电流，它的方向与正向电流方向相 反，它随反向偏压的增大而增大，渐渐趋向饱和值，故称反
向饱和电流，也是温度的函数，即随温度升高有所增大。
第三章光生伏特器件
一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n 结
(2)光照下p-n结的电流方程
流过p-n结的总电流为：
qU
ILIIpID(eKT1)Ip
其中，UIL(RLRs)
Ip
C为j 结电容， R表s 示串联电阻，
R
为
sh
p-n结漏电阻，又称动态电阻或结电
阻。
第三章光生伏特器件
Ip I
RL Rs
光生伏特效应是少数载流子导电的光电效应， 而光电导效应是多数载流子导电的光电效应。
第三章光生伏特器件
结型光电器件与光电导器件的区别：
（1）产生光电变换的部位不同 （2）光敏电阻没有极性，而结型光电器件有确定的
正负极性 （3）光敏电阻驰豫时间较大，结型器件驰豫时间相
应较小，因此响应速度较快 （4）有些结型光电器件灵敏较高，可以通过较大的
第三章光生伏特器件
一、光生伏特器件的基本工作原理 2、光照下的p-n
结
(2)光照下p-n结的电流方程
Ip SI E
第三章光生伏特器件
二、硅光电池
光电池是一种不需加偏压就能把光能直接转换 成电能的p-n结光电器件。
按光电池的用途可分为两类：即太阳能光电池 和测量光电池
光电池的基本结构就是一个p-n结，由于制作pn结的材料不同，目前有硒光电池、硅光电池、 砷化镓光电池和锗光电池。
第3章 光生伏特器件
光电池、 光电二极管、 光电晶体管、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）等
第三章光生伏特器件
利用半导体PN结光生伏特效应制成的器件称 为光生伏特器件，也称结型光电器件。
光生伏特效应是基于两种材料相接触形成内 建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向 势垒的两边，从而形成了光生电动势。
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一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n 结
(1)p-n结光电效应和两种工作模式 如果工作在零偏置的开路状态，p-n结光电器件产生光生伏 特效应，这种工作原理称光伏工作模式。
如果工作在反偏置状态，无光照时电阻很大，电流很小；有 光照时，电阻变小，电流就变大，而且流过它的光电流随照度 变化而变化，这种工作原理称光电导工作模式。
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二、硅光电池 1、硅光电池的基本结构
硅光电池按衬底材料的不同可分为2DR型和2CR型。2DR型 硅光电池是以p型硅为衬底(即在本征型硅材料中掺入三价元素 硼或镓等)，然后在衬底上扩散磷而形成n型层并将其作为受光 面。构成p-n结后，再经过各种工艺处理，分别在衬底和光敏 面上制作输出电极，涂上二氧化硅做保护膜，即成光电池。
可以说与照度或光通量的对数成正比。
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一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n 结
(2)光照下p-n结的电流方程 当负载电阻短路，光生电压接近于零，流过器件的电流叫短
路电流，用ISC表示，其方向从p-n结内部看从n区指向p区
Isc I p SI E
这时p-n结光电器件的短路电流 与I S C 照度或光通量成正比， 从而得到最大线性区，这在线性测量中被广泛应用。
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二、硅光电池
2、硅光电池的工作原理
硅光电池的工作原理是光照中p-n结开路状态时的物理过程， 它的主要功能是在不加偏置电压情况下将光信号转换成电信号。
硅光电池的电流方程为
qU
IL IP ID (e kT 1)
qILR L
IP ID (e kT 1)
第三章光生伏特器件
二、硅光电池
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一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n 结
(2)光照下p-n结的电流方程
Ip I
RL 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。
另一种是光生电流 流I 过p 负载电阻 产生R L 电压降，相当于在 p-n结施加正向偏置电压，从而产生正向电流。
2、光照下的p-n 结
(2)光照下p-n结的电流方程
当负载电阻断开（IL=0）时，p端对n端的电压称为开路
电压，用UOC表示
UOC
KT q
ln( Ip ID
1)
一般情况，I p ，I D所以
UOCK qTln(IID p)K qTln(SIID E)
UOC表示在一定温度下，开路电压与光电流的对数成正比，也
3、硅光电池的输出功率
负载获得的功率为
PL
I
2
L
RL
功率与负载电阻的阻值有关，当 R（L 电0 路为短路）时，
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一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n 结
(1)p-n结光电效应和两种工作模式
当光照射p-n结，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会 在结区激发电子-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，电子逆着电场运动，在开路状态，最后在n 区边界积累光生电子，在p区边界积累光生空穴，产生一个与内 建电场方向相反的光生电场，即在p区和n区之间产生了光生电压 UOC，这就是p-n结的光生伏特效应。只要光照不停止，这个光生 电压将永远存在。
I
C j R sh R L U
一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n 结
(2)光照下p-n结的电流方程
qU
流过p-n结的总电流为：ILIpIIpID(eKT1) 光生电流与光照有关，并随光照的增大而增大，因此有
Ip SI E
qU
ILID(eKT 1)SI E
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一、光生伏特器件的基本工作原理
电流
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一、光生伏特器件的基本工作原理
1、p-n结电流方程
在热平衡条件下，由于p-n结中漂移电流等于扩 散电流，净电流为零。
如果有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过p-n
结的电流方为：
qU
I IDeKT ID
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一、光生伏特器件的基本工作原理
1、p-n结电流方
程
qU