光伏探测器的光电特性和哪些因素有关

光伏探测器的光电特性和哪些因素有关 光伏探测器的光电特性主要与材料、光照范围、负载大小、外加电压这些因素有关。
1、材料
光伏探测器这类器件品种很多,其中包括:光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、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)、光电耦合器件等。
2、光照范围
无光照是,pn结的伏安特性曲线和普通二极管一样。有光照时,pn结吸收光能,产生反向电流,光照越强,光电流越大。
3、负载大小
负载越小,光电流与照度直接的线性关系越好,且线性范围越宽。
4、外加电压
在发光的条件不变的情况下,通过改变负载电阻的大小,电压越来越大,电流越来越小。
光伏探测器的工作原理 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,使少子漂移,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。
如果有外加电压时结内平衡被破坏,这时流过pn结的电流方程为:
id:流过pn结的电流
i0:pn结的反向饱和电流(暗电流)
v:加在pn结上的正向电压
光照下的p-n结
1. p-n结光电效应
当光照射p-n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voc
2. 三种工作模式
(1)零偏置的光伏工作模式
若p-n结电路接负载电阻rl,有光照射时,则在p-n结内出现两种相反的电流:
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ip,它与光照有关,其方向与p-n结反向饱和电流i0相同;
光生电流流过负载产生电压降,相当于在p-n结施加正向偏置电压,从而产生电流id。
流过负载的总电流是两者之差:
(2)反向偏置的光电导工作模式
无光照时电阻很大,电流很小;有光照时,电阻变小,电流变大,而且流过它的光电流随照度变化而变化。类似光电导器件。
(3)正向偏置的工作模式
呈单向导电性,和普通二极管一样,光电效应无法体现。
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。
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。
第三象限:反向偏置光电导工作模式,
第四象限:零偏压光伏工作模式。


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