材料的光电池等。按结构分，有同质结和异质结光电池 等。光电池中最典型的是同质结硅光电池。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。2CR系列硅光电池是以N型硅为衬底，P 型硅为受光面的光电池。受光面上的电极称为前极或上 电极，为了减少遮光，前极多作成梳状。衬底方面的电 极称为后极或下电极。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 ， Si3N4 ， SiO2 － 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。
品种很多，包括各种光电池、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。
和光电导探测器不同，光伏探测器的工作特性要复杂一 些。通常有光电池和光电二极管之分，也就是说，光伏 探测器有着不同的工作模式。因此在具体讨论光伏探测 器的工作特性之前，首先必须弄清楚它的工作模式问题。
PN结光伏探测器的工作模式
PN结光伏探测器的典型结构如图所示。为说明光功率转 换成光电流的关系，设想光伏探测器两端被短路，并用 一理想电流表记录光照下流过回路的电流，这个电流常
常称为短路光电流 i 。
光子
电极
SiO2 n
p+
耗尽层 电极
n+
PN结光伏探测器的工作模式
假定光生电子-空穴对在PN结的结区，即耗尽区内产生。 由于内电场作用，电子向n区、空穴向p区漂移运动，被内
应 特 别 注 意 ， 光 电 流 总 是 反 向
电流，而光电流在RL上的电压降， 对探测器产生正向偏置称为自偏
压，当然要产生正向电 RL1>RL2 流。最终
RL2
两个电流抵消，伏安曲线中止于
横轴上。
RL1
RL
i
+ －
V
-V P=0
光 功
P1
率
增
P2
大
P3
－ V
+
u2 RL1
u1 o i1
RL2
i2
对外回路所贡献的总电荷量： QQpQn e
光伏探测器的内电流增益等于M=1。
光伏探测器光电转换关系为
i

e h
P
这是和光电导探测器明显不同的地方。
PN结光伏探测器的工作模式
一个PN结光伏探测器就等效为一个普通二极管和一个恒
流源(光电流源)的并联，如图 (b)所示。它的工作模式则 由外偏压回路决定。在零偏压时(图 (c))，称为光伏工作 模式。当外回路采用反偏压V时(图 (d))，即外加P端为负 n端为正的电压时，称为光导工作模式。
光敏电阻
4.使用注意事项
（1）用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻 的光敏特性匹配；
（2）要防止光敏电阻受杂散光的影响； （3）要防止使光敏电阻的电参数(电压、功耗)超 过允许值；
（4）根据不同用途，选用不同特性的光敏电阻。
PN结光伏探测器的工作模式
利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏探测器， 也称结型光电器件。
）
A、光电发射效应 B、光电导效应
C、光生伏特效应 D、光磁效应
2）在光线作用下，半导体电导率增加的现象属于(
)
A、外光电效应
B、内光电效应
C、光电发射
D、光导效应
3）以下几种探测器属于热探测器的有：（
）
A、热电偶
B、热释电探测器
C、热敏电阻 D、超导远红外探测器
4）表征光电探测器探测微弱光信号能力的参数是（ ）
uViRLiRg
i
V Rg
2
RL Rg
arctan1
RL
arctan1
Rg
arctan1
Rd
光敏电阻
伏安特性 uViRL
u u V i iR L
i
i
iD
i
u
i
(a)
(b)
RL RL
V
(c) (d)
PN结光伏探测器的工作模式
普通二极管的伏安特性为 iDiS0(eeu /kBT1)
光伏探测器的总伏安特性应为 i D 和 i 之和，考虑到二
者的流动方向，我们有：
iiDiiS0(ee/u kBT1)i
式中i是流过探测器的总电流，e是电子电荷，u是探测器
实际光照特征呈非线性关系： i KuP
K : 与器件的材料、尺寸、形状以及载
流子寿命有关；
:电压指数，与接触电阻等因素有关，
其值一般为1~1.2；
: 照度指数，由杂质种类及数量决定，
其值一般为0.5~1.0。
在低偏压、弱光照条件下
1, 1
CdS的光照特性曲线
光敏电阻
伏安特性
非本征型光敏电阻：通常在低温条件下工作，常用于 中、远红外辐射探测
常用的光敏电阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工 业应用最多的，而PbS主要用于军事装备，
光敏电阻
1. 光敏电阻的结构和偏置电路
在绝缘基片上淀积半导体薄膜，然后在薄膜面上蒸镀金 或铟，形成梳状金属电极——间距很近的电极之间，具 有较大的光敏面积，从而获得很高的灵敏度。
常用光电探测器简介
知识巩固
光电探测器的物理效应
光子效应
光热效应
响应波长有选择性，一般有 响应波长无选择性，对可见
截止波长，超过该波长，器 件无响应
光到远红外的各种波长的辐
射同样敏感
响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒
需要的时间短，一般为纳秒
到几百微秒
知识巩固
1）以下属于内光电效应的有（
i e MP h
M Ln2un
M——光电导体的 光电流内增益
光敏电阻
2. 光敏电阻的工作特性
光敏电阻的性能可依据其光谱响应特性、照 度伏安特性、频率响应、温度及噪声特性来判别； 在实际应用中，可根据这些特性合理选择相应的 器件。
光敏响应特性 光照特性和伏安特性 时间响应特性 稳定特性 噪声特性
电场分离的电子和空穴就在外回路中形成电流 i 。
p Ec EEvF
光生空穴
-
光子
o
+
电离受主 电离施主L
p+
---
++ ++
n
x 光生电子
-
n
Ei 耗尽层
PN结光伏探测器的工作模式
就光电流形成的过程而言，光伏探测器和光电导
探测器有十分类似的情况。
可以证明：在光伏情况下一个光生电子-空穴对
两端电压，kB是玻耳兹曼常数，T是器件的绝对温度。把 上式中i和u为纵横坐标作成曲线，就是光伏探测器的伏 安特性曲线。
第一象限是正偏压状态，iD本来就很大，所以光电流不起重
要作用。作为光电探测器，工作在这一区域没有意义。
RL1>RL2
RL2 RL1
RL
i
+ －
V
-V P=0
光 功
P1
率
增 大
P2
光敏电阻
3.几种典型的光敏电阻
CdS和CdSe：可见光辐射探测器，低造价、高可靠和 长寿命；光电导增益比较高(103～104)，响应时间比 较长(大约50ms)。
PbS：近红外辐射探测器，波长响应范围在1～3.4μm， 峰值响应波长为2μm，内阻（暗阻）大约为1MΩ，响 应时间约200μs，室温工作能提供较大的电压输出； 广泛用于遥感技术和红外制导技术。
P3
－ V
+
u2 RL1
u1 o i1
RL2
i2
i
RL1
RL2 RL
i
第三象限是反偏压状态。这时iD=iS0，是普通二极管中的反向饱和电流，
称为暗电流(对应于光功率P=0)，数值很小，这时的光电流(等于i-iS0)是 流过探测器的主要电流，对应于光导工作模式。通常把光导工作模式的
光伏探测器称为光电二极管，因为它的外回路特性与光电导探测器十分
相似。
RL1>RL2
RL2 RL1
RL
i
+ －
V
-V P=0
光 功
P1
率
增 大
P2
P3
－ V
+
u2 RL1
u1 o i1
RL2
i2
i
RL1
RL2 RL
i
在第四象限中，外偏压为零。流过探测器的电流仍为反向光电流，随着
光功率的不同，出现明显的非线性。这时探测器的输出是通过负载电阻 RL上的电压或流过RL上的电流来体现，因此，称为光伏工作模式。通常 把光伏工作模式的光伏探测器称为光电池。
V Rg
2
RL Rg
uiRL
VRgRL
2
RL Rg
当 RL Rg 时， u 最大。称为匹配状态。
最大功率损耗限制:
i2Rg Pmax
1/2
偏置电压的选取原则：
V

Pmax Rg

RL Rg
光敏电阻
时间响应特性
光敏电阻受光照后或被遮光后，回路电流并不立即增 大或减小，而是有一响应时间。响应时间常数是由电流上 升时间和衰减时间表示。
光敏电阻
光敏响应特性
对各种光的响应灵敏度随入射光的波长变化而变化
的特性。常用光谱响应曲线、光谱响应范围及峰值响应
波长来描述。
m(m)

1.24 Eg(eV)
或
m(nm)