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1、第四节 半导体光伏型检测器件 1 光电池 2 光电二极管 . 3 雪崩光电二极管 4 光电三极管 光电池的结构特点 光电池核心部分是一个 般作成面积大的薄片状，来接收更多的入射光。 受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作用和保护作用 由于光子入射深度有限， 为使光照到 际 使用的光电池制成薄 薄 工作原理 光电池是根据 光生伏特效应 制成的将光能转换成电能的一种器件。 输出电压 U= 1）伏安特性 无光照时，光电池伏安特性曲线与普通半导体二极管相同。 的伏安特性 有光照时，沿电流轴方向平移，平移幅度与光照度成正比。 短路电流 路电压 L 光电池等效电路 曲线与电压轴交点称为开路电压 电流轴交点称
2、为短路电流 2)光电特性 光电池开路电压与入射光照度成对数关系，在弱光情况下短路电流与入射光照度成线性关系。在光照增加到一定程度后，输出电流达到饱和。 开路电压和短路电流 与入射光的照度关系 开路电压和短路电流与光电池受光面积的关系 入射光照度 (mW/ 受光面积 ( L 出电压、输出电流、输出功率随负载电阻的变化曲线 输出功率 结论： 光电池用作探测器时：以电流源形式使用，负载电阻愈小，线性度越好，线性范围越广。 光电池用作大功率输出时：以电压源形式使用，负载电阻为 获得最大功率输出。 M 0 V I 伏安特性曲线 L 几何方法求解负载电阻 3）光谱特性（用单位辐射通量的不同波长的光分别照射
3、时，光电池相对输出短路电流大小） 相对输出电流 硒光电池 硅光电池 波长(m) 谱响应曲线 存在着短波阈、峰值波长和长波阈（红限波长）。这主要与光电池材料、生长工艺有关 开路电压下降大约 23 短路电流上升大约 100 4）温度特性 随着温度的上升，光电池的光谱响应向长波方向移动，开路电压下降，短路电流上升。光电池做探测器件时，测量仪器应考虑温度的漂移，要进行补偿。 5）时间和频率响应 硅光电池是目前使用最广泛的光电池 对于光电池，由于载流子在 区内的扩散、漂移，产生与复合都要有一定的时间，所以当光照迅速变化时，光电流就滞后于光照的变化。 光电池的光敏面一般较大，使其极间电容 ( 较大，在给定
4、负载 ，电路的时间常数（ 大，频响降低。要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻 4 光电池的应用 1） 光电探测器件 利用光电池做探测器有频率响应高，光电流随光照度线性变化等特点。 2）将太阳能转化为电能 实际应用中，把硅光电池经串联、并联组成电池组。 光电池 外形 光敏面 能提供较大电流的大面积光电池 外形 其他 光电池及在照度测量中的应用 柔光罩下面为圆形光电池 光电池在动力方面的应用 太阳能赛车 太阳能电动机模型 太阳能 硅光电池板 光电池在动力方面的应用（续） 太阳能发电 光电池在动力方面的应用（续） 光电池在人造卫星上的应用 太阳能自动跟踪控制器 太阳辐射的主要特点 太阳能利用率不
5、高的原因 ： 分散性、方向性、不稳定性 太阳跟踪系统： 使太阳光永远垂直照射在接收面上（能量积分） 提高太阳能的吸收率和转化率 “多元法 ” 太阳定位装置 图 2 “多元法 ” 太阳定位装置简图 A B C D E F a b c d e f 图 3 单方向定位装置示意图 结构原理 图 6 机械示意图 小木板 定位装置 + 电机 细绳 支架 电源 开关 A 环境比较 “ 暗触发 ” 开关 74120R 0k正常 2 10k 3 1k k 3 + _ 4 7 6 + _ 2有太阳辐射和环境亮度比较功能，以 消除环境的干扰 开关 B 741200k正常 2 10k 3 1k k 2 3 + - 4 7 6 - U 环境比较 “ 光触发 ”开关
