当正向电压超过死区电压后， 随着电压的升高，正向电流迅速 增大。
I / mA
60
40 死区 20 电压
0 0.4 0.8 U / V
正向特性
2）反向特性 二极管加反向电压，反 向电流很小； 当电压超过零点几伏后， 反向电流不随电压增加而增
I / mA
–50 –25
0U / V
击穿 – 0.02 电压 U(BR)– 0.04
1）光生载流子在耗尽层附近的扩散时间 2）光生载流子在势垒区中的漂移时间 3）与负载电阻RL并联的结电容Cj所决定的电路时间 常数。
相 对 光 电 (流%) /
10 0 硅 光 电池
80
60 硒 光 电池
40
20
0 1500 3000 4500 6000 7500 f/ Hz
硅光电池的频率特性
• 在调制频率较高的场合，应采用硅光电池。
• 受光面上的电极称为前极或上电极，为了减少遮光，上电极 做成梳齿状或“E”字型电极
光电池外形 光敏面
能提供较大电流的大 面积光电池外形
分类：
光电池按材料分
有硅、硒、硫化镉、砷化镓光电池等。 光电池按结构分
按结构分，有同质结和异质结光电池等。国产同质 结硅光电池因衬底材料导电类型不同而分成2CR系 列和2DR系列两种。
光照下的PN结电流方程及伏安特性
2 伏安特性 第四象限：光伏模式 光电池 工作区域
光照下的PN结电流方程及伏安特性
2 伏安特性
普通二极管
光电二极管
光电池
光照下的PN结电流方程及伏安特性
3 等效电路 （意义：分析与计算）
I I0 eeU / kT 1 Ip
普通二极管
电流源
常用光伏探测器
I/mA
0.5
50Ω
0.4
0.3
RL=0
100Ω
1000Ω 0.2
0.1
5000Ω
0
2
4
6
8 10
E/klx
3)光谱特性
10 0
硅光电池
80
响应波长0.4-1.1微米， 60
S /%
峰值波长0.8-0.9微米。 40
硒光电池
20
响应波长0.34-0.75微米，
0
峰值波长0.54微米。
硒 硅
400 600 800 1000 1200
二极管加反向电压，即 U < 0，且 |U| >> UT ，则 I IS。
二极管加正向电压，即 U > 0，且 U >> UT ，则
U
U
e UT 1 ，可得 I ISe UT ，说明电流 I 与电压 U
基本上成指数关系。
结论：
二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现 很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止， 呈现很大的反向电阻，如同开关断开。
从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与 电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管 属于非线性器件。
光照下的PN结电流方程及伏安特性 1 PN结光电效应
光照
电子—空穴对 电子—空穴对分离
＋－
电流方程
光生电势差 I I0 eeU / kT 1 Ip
光照下的PN结电流方程及伏安特性
ln( 1
IP I0
)
当I P I0时,U oc

kT q
ln(
IP I0
)
1)伏安特性
光照下p-n结的电流方程
1)伏安特性 I0 E=0
I(μA)
Isc1 E1 Isc2 E2 Isc3 E3
Voc1
Voc2
Voc3
Voc4 RL= V(V) RL5
RL4
Isc S E
Isc4 E4
/ nm
硅光电池的光谱特性
4) 温度特性
光电池做探测器 件时，测量仪器 最好能保持温度 恒定，或采取温 度补偿措施。
硅光电池的温度特性 开路电压下降大约23mV/度 短路电流上升大约10-510-3mA/度
5) 时间和频率响应特性
响应时间取决于：主要由载流子的渡越时间＆RC时间 常数决定
按用途分： 太阳能电池：
(Solar Cells)
测量用光电池：
－－主要用作电源，转换效率高、 成本低
－－主要功能是作为光电探测用，光 照特性的线性度好
3 等效电路 （意义：分析与计算）
直流等效电路
交流等效电路
4、 硅光电池的特性参数
光照下p-n结的电流方程
1)伏安特性
I0 E=0
I(μA)
Isc1 E1 Isc2 E2 Isc3 E3
1 硅光电池 2 硅光电二极管 3 硅光电三极管 4 PIN光电二极管 5 雪崩光电二极管 6 紫外光电二极管 7 碲镉汞、碲锡铅红外光电二极管
3.2.1 光伏探测器-光电池
光电池是一种利用光生伏特效应制成的不需加偏 压就能将光能转化成电能的光电器件。
1、光电池的工作原理 PN
++ -
光照 ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ -
Voc1
Voc2
Voc3
Voc4 RL= V(V) RL5
RL4
Isc4 E4
RL3
RL=0
RL1
RL2
硅光电池伏安特性曲线
1)伏安特性
U 0代入上式，得
qU
I I0 (e kT 1) SE
a短路电流：
Isc IP S E
I 0代入上式，得 b开路电压：
U oc

kT q
0.3
2 1
02
短路电流 0.2 0. 0.1
1 4 6 8 10
01
E/klx
短路电流 0.2 0.1
2 345
E/klx
(a) 硅光电池
(b)硒光电池
接有负载电阻RL的硒光电池在不同负载电阻时的光照特性。
因此在要求输出电流与光照度成线性关系时，负载 电阻在条件允许的情况下越小越好，并限制在强光 下使用。
• 要得到短的响应时间，必须选用小的 负载电阻RL；
• 光电池面积越大则响应时间越大，因 为光电池面积越大则结电容Cj越大， 在给定负载时，时间常数就越大，故 要求短的响应时间，必须选用小面积 光电池。
几种国产硅光电池的特性
与光敏电阻的比较
• 1、光电转换部位不同 • 2、光敏电阻需外加电压，没有极性，无正向、
1)、光电池用作太阳能电池 把光能直接转化成电能，需要最大的输出功率和转
化效率。即把受光面做得较大，或把多个光电池作串、并 联组成电池组，与镍镉蓄电池配合，可作为卫星、微波站 等无输电线路地区的电源供给。
2)、光电池用作检测元件适用于开关和线性测量等。
+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ --
内电场
RL
Ip
光电池的表示符号(a) 基本电路(b)
2、光电池的结构、分类
• 光电池核心部分是一个PN结，一般作 成面积大的薄片状，来接收更多的入 射光。
2DR型：以p型硅做基底，n型薄层受光面 2CR型：以n型硅做基底，p型硅做受光面
• 为了减少反射光，增加透射光，一般都在受光面上涂有SiO2 或MgF2等材料的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀 的保护作用。
• 无机太阳能电池 – 半导体硅 (单晶、多晶、非晶、复合型等） – 化合物半导体（GaAs、CuInSe2、CdTe、 InP等）
• 有机太阳能电池 – 有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等）
• 光化学太阳能电池（纳米TiO2等）
无机太阳能电池的性能及应用
名称 单晶硅 多晶硅 非晶硅
按用途划分：有整流二极管、检波二极管、稳压二 极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。
二、二极管的伏安特性
二极管的伏安特性
在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电
流，则I = f (U )之间的关系曲线为伏安特性。
I / mA
I / mA
60
40
正向特性
20
–50 –25
0
反 向
击穿电–压0.002
反向偏置之分；而结型器件因p-n结的存在， 有正向偏置、反向偏置之分，且无外加电压， 也可工作，也能实现光电转换。 • 3、光敏电阻的光电流依赖于光生载流子的产 生—复合运动，弛豫时间常数大，频率响应差。 结型器件的光电流依赖于结区部分光生载流子 的漂移运动，弛豫过程时间常数小，响应速度 快。
5、光电池的应用
输出电压、输出电流、输出 功率随负载电阻的变化曲线
I 伏安特性曲线
2)光照特性
短路电流曲线：短路电流与光照度成线性关系 开路电压曲线：开路电压与光照度成对数关系 ，当照度为 2000lx时趋向饱和。
Isc/mA
Uoc /V
Isc /mA
Uoc/V
5
开路电压
0.5 0.5
开路电压
4
0.4
0.4
3
0.3 0.3
考虑最大输出问题，跟入
射光照度也有关。
0 R1M00 200 300 400 500 RL/Ω
输出功率PL=VL•IL
Voc/V
400
转换效率 PL
Pi
200
0
VL V0
θ RL负载线
IL
PL 0
RM负载线
PM
PQ
Voc
PL IL
Isc/mA