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       半導(dǎo)體光伏型探測器件（PV器件）也稱為結(jié)型器件，它是少數(shù)載流子導(dǎo)電的光生伏特效應(yīng)器件，如光電池、光電二極管（或光敏二極管）與光電三極管（或光敏三極管）等。顯然，它們與多數(shù)載流子導(dǎo)電的光電導(dǎo)型器件（PC器件）有很大差別，如響應(yīng)速度快、線性好、暗電流小、噪聲低、受溫度影響小等是光電導(dǎo)型器件無法比擬的。兩者的具體區(qū)別主要體現(xiàn)在如下6個(gè)方面。

     （1）產(chǎn)生光電變換的部位不同。光敏電阻不管哪一部分受光，其受光部分的電導(dǎo)率就增大,是一種多數(shù)載流子的光電導(dǎo)效應(yīng)；而結(jié)型器件，只有照射到PN結(jié)區(qū)或結(jié)區(qū)附近的光才能產(chǎn)生非平衡載流子，是一種少數(shù)載流子的光生伏特效應(yīng)。光在其他部位產(chǎn)生的非平衡載流子，大部分在擴(kuò)散中被復(fù)合掉，只有少部分通過結(jié)區(qū)，但又被結(jié)電場所分離，因此對光電流基本上沒有貢獻(xiàn)。 

       (2)器件連接不同。光敏電阻沒有極性，因而使用方便，可任意外加電壓；而結(jié)型光電器件則有確定的正負(fù)極性，不能接錯(cuò)，但光電池可在沒有外加電壓下也可把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。

       (3)響應(yīng)時(shí)間與頻率特性不同。光敏電阻的光電導(dǎo)效應(yīng)主要依賴于載流子的產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動(dòng)，時(shí)間常數(shù)較大，頻率響應(yīng)較差；而結(jié)型器件的電場主要加在結(jié)區(qū)，其光電效應(yīng)主要依賴于結(jié)區(qū)的非平衡載流子的運(yùn)動(dòng)，弛豫過程的時(shí)間常數(shù)相應(yīng)較小，因此響應(yīng)速度較快。

       (4)工作電流與靈敏度不同。光敏電阻有靈敏度高、工作電流大(達(dá)數(shù)mA)的特點(diǎn)；而結(jié)型器件一般較小，但光電三極管、雪崩光電二極管等有較大的內(nèi)增益作用，因此靈敏度也較高，也可以通過較大的電流。

       (5)光譜響應(yīng)與光電線性不同。光敏電阻有對微弱輻射的探測能力與光譜響應(yīng)寬的特點(diǎn)。因?yàn)楣饷綦娮璧墓怆娞匦圆幌窆夥骷€性好而為非線性，但在很低照度下呈線性，且靈敏度高，因而有對微弱輻射的探測能力；并且光敏電阻的光譜響應(yīng)比光伏器件寬，尤其在紅外波段,如PbS光敏電阻的光譜響應(yīng)范圍為400-2800nm,因而常用于火點(diǎn)探測與火災(zāi)預(yù)/報(bào)警系統(tǒng)。

       (6)應(yīng)用場合不同。CdS光敏電阻的感光特性與人眼最接近，適于作照相機(jī)曝光表與空氣煙塵檢測器等可見光裝置；光敏二極與三極管的最佳響應(yīng)特性在近紅外區(qū)，適于紅外遙控、紅外光束阻斷報(bào)警器等裝置。

光電池 1.光電池的結(jié)構(gòu)原理與類型

       光電池是一種最簡單的光伏型器件，目前應(yīng)用較多的有硒光電池、硅光電池、薄膜光電池、紫光電池和異質(zhì)結(jié)光電池。硒光電池因光譜特性與人眼視覺很相近，頻譜較寬，故多用于曝光表及照度計(jì)；硅光電池與其他半導(dǎo)體光電池相比，是目前轉(zhuǎn)換效率最高的(已過17%)；薄膜光電池是把硫化鎘等材料制成薄膜結(jié)構(gòu)，以減輕質(zhì)量、簡化陣列結(jié)構(gòu)，提高抗輻射能力和降低成本；紫光電池是把硅光電池的PN結(jié)減薄至結(jié)深為0.2?0.3μm,光譜響應(yīng)峰值移到600nm左右，來提高短波響應(yīng)，以適應(yīng)外層空間使用：異質(zhì)結(jié)光電池入射光幾乎全透過寬帶材料一側(cè),而在結(jié)區(qū)窄禁帶材料中被吸收產(chǎn)生電子-空穴對，以提高入射光的收集效率，獲得高于同質(zhì)結(jié)硅光電池的轉(zhuǎn)換效率，理論上最大可達(dá)30%。

圖3-17   硅光電池結(jié)構(gòu)示意圖

       光電池的原理是基于一個(gè)PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)，一般做成面積較大的薄片狀，來接收更多的入射光。圖3-17是硅光電池結(jié)構(gòu)示意圖，它是用單晶硅組成的。國產(chǎn)同質(zhì)結(jié)硅光電池因襯底材料導(dǎo)電類型不同而分成2CR型與2DR型兩類。2CR型硅光電池，是在一塊以N型硅作襯底的硅片上，擴(kuò)散P型雜質(zhì)(如硼)，形成一個(gè)擴(kuò)散P*N結(jié)，P型雜質(zhì)為受光面;2DR型硅光電池，是在一塊以P型硅作襯底的硅片上，擴(kuò)散N型雜質(zhì)(如磷)，形成一個(gè)擴(kuò)散N+P結(jié)。一般，用做光電探測器的多為P+N型，即2CR型。N+P型硅光電池具有較強(qiáng)的抗輻射能力，適合空間應(yīng)用，作為航天的太陽能電池，即2DR型。 

2.光電池的特性參數(shù)

       (1)輸出特性。PN結(jié)光電池伏安特性曲線在無光照時(shí)與普通半導(dǎo)體二極管相同，有光照時(shí)沿電流軸方向平移。平移幅度與光照度成正比，如圖3-18所示。曲線與電壓軸的交點(diǎn)稱為開路電壓U°c,與電流軸的交點(diǎn)稱為短路電流圖3-19是光電池的等效電路。

圖3-18    光電池伏安特性曲線               圖3-19   光電池等效電路

 

 

     其伏安特性曲線方程為