光电池
是一种不需要加偏压的，能把光能直接转换 成电能的PN结的光电器件 按光电池的用途可分为两大类：
太阳能光电池
测量光电池
太阳能电池的发电原理
太阳能电池的发电原理
光伏效应
指光照使不均匀半导体或半导体与金属 组合的不同部位之间产生电位差的现象。 产生这种电位差的机理有好几种，主 要的一种是由于阻挡层的存在。以下 以P-N结为例说明。 制作P-N结的材料，可以是同一种半导体 （同质结），也可以是由两种不同的半导 体材料或金属与半导体的结合（异质结）。 “结合”指一个单晶体内部根据杂质的种 类和含量的不同而形成的接触区域，严格 来说是指其中的过渡区。
PIN光电二极管的工作原理 光电二极管的工作原理
hv
PIN二极管加反向电压 反向电压时，则外加电场和内部电场区内的电场 反向电压 方向相同。当有光照射二极管时，并且比外加光子能量大于 禁带宽度Eg，那么价带上的电子就会吸收光子能量跃迁到导 带上，从而形成电子-空穴对。在耗尽层即本征层内的电子空 穴对，在强电场的作用下，电子向N区漂移，空穴向P区漂移， 从而形成光电流。光功率变化时，光电流也随之线性变化， 从而光信号变成电信号
PIN光电二极管 PIN开关二极管
PIN结二极管的基本结构 结二极管的基本结构
对于Si-pin二极管，其中I 型层得载流子浓度很低低 、电阻率 很高（约 数量级），厚度W一般比较厚 ， 耗尽层 几乎占据整个PN结，从而使光子在零电场区被吸收的可能性很小，而在耗 尽层被充分吸收，故PIN光电二极管又称耗尽层光电二极管 耗尽层光电二极管，这是它比一般 耗尽层光电二极管 光电二极管的优越之处。为抑制噪声i层两边的 p 型半导体和 n 型半导体的 掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）
光伏发电照明系统
混合系统
混合系统将很多电力产品和储能元件结合起来，以此来满足能量需求。 混合系统将很多电力产品和储能元件结合起来，以此来满足能量需求。 例如，将并网系统与备份电池相连。这样系统虽然复杂昂贵， 例如，将并网系统与备份电池相连。这样系统虽然复杂昂贵，但是可 靠性提高， 靠性提高，尤其是连接到公共网的时候
APD二极管的工作机理 二极管的工作机理
在漂移区，虽然不具有像高电场区那样的高电 场，但对于维持一定的载流子速度来讲，该电 场是足够的。 于是，由入射光产生的首次空穴-电子对以及 在内部高电场区通过“碰撞电离”产生的二次、 三次空穴-电子对，通过漂移区形成光电流。 APD光电二极管的“倍增”效应，能使在同样 大小光的作用下产生比 PIN光电二极管大几十 倍甚至几百倍的光电流，相当于起了一种光放 大作用（实际上不是真正的光放大），因此能 大大提高光接收机得灵敏度
APD二极管的工作机理 二极管的工作机理
光生载流子 ─ 空穴电子对在APD光二极管 内部高电场作用下高速运动，在运动过程 中通过碰撞电离效应，产生数量是首次空 穴电子对几十倍的二次、三次新空穴电子 对，从而形成很大的光信号电流。
APD二极管的工作机理 二极管的工作机理
近似本征型材 料
当外加高反向偏压时（如100伏以上），耗尽层 会穿过P区而进入π区，从而在APD光二极管内部 会形成二个电场区：高电场区与漂移区。
设计PIN二极管时需主要考虑几个参数 设计 二极管时需主要考虑几个参数
1. 插入损耗：开关在导通时衰减不为零，称为插入损耗 2. 隔离度：开关在断开时其衰减也非无穷大，称为隔离度 3. 开关时间： 由于电荷的存储效应，PIN管的通断和断通都 需要一个过程，这个过程所需时间 4. 承受功率： 在给定的工作条件下，微波开关能够承受的最 大输入功率 5. 电压驻波系数： 仅反映端口输入，输出匹配情况 6. 视频泄漏 7. 谐波： PIN二极管也具有非线性，因而会产生谐波， PIN 开 关在宽带应用场合，谐波可能落在使用频带内引起干扰. 开 关分类：反射式和吸收式， 吸收式开关的性能较反射式开 关优良
发光区域？
LED的发光机理 的发光机理
PN结未加电压时构成一定的势垒
LED的发光机理 的发光机理
当加正向偏置时，势 垒下降，p区和n区的 多数载流子向对方扩 散。由于电子迁移率 比空穴迁移率快得多， 出现大量电子向p区扩 散，构成了对p区少数 载流子的注入。这些 电子与价带上的空穴 复合，复合时得到的 能量以光能的形式释 放。
APD二极管的工作机理 二极管的工作机理
在高 电场区，由于入射光产生的空穴-电子对在高电场作用下 高速运动。由于其速度很快而具有很大的功能，所以在运动 过程中会 出现“碰撞电离”现象，通过“碰撞电离”可以产 生新的、几个或几十个二次空穴-电子对在高电场区又可以通 过“碰撞电离”效应产生三次、四次空电子对。这样一来， 由入射产生的一个首次空穴-电子对，可能会产生几十个或几 百个新的空电子对，即所谓“倍增”效应
PIN光电二极管的工作原理 光电二极管的工作原理
PIN二极管加正，势垒高度降低，则电子和空穴分别从两边大 量注入本征的I型层。这时可以认为I型层中的电子浓度和空穴 浓度相等，并且均匀分布。注入的电子和空穴将在I层发生复 合，载流子复合越快，形成的电流就越大。
PIN结的应用 结的应用
当二极管正偏时，即接通（短路） 当二极管0偏或者反偏时，即可把pin结作为 一个容器或者开路
LED的发光机理 的发光机理
发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的 能隙Eg， Eg的单位为电子伏(eV) Eg=hv/q=hc/(λq) λ =hc/(qEg)=1240/Eg (nm) 磷砷化镓二极管发红光 磷砷化镓 磷化镓二极管发绿光 磷化镓 碳化硅二极管发黄光 碳化硅
光电二极管
光电二极管是一种光电变换器件 光电变换器件，其基本原理是 光电变换器件 光照到PN结上时，吸收光能转变为电能。它有两 种工作状态：
光电二极管及其应用
郑惠芬 2011年4月13日
LED的发光机理 的发光机理
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物， 如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化 镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半 导体制成的，其核心是PN结。 结 在正向电压下，电子由N区注入 P区，空穴由P区注入N区。进入 对方区域的少数载流子（少子） 一部分与多数载流子（多子） 复合而发光
光二极管基本特性
普通二极管在正向 电压大于0.7V的情 况下，而光电二极 管则必须工作在 07V以下（如图中 的所示的第3和第4 象限），否则，不 会产生光电效应
PIN二极管 二极管
普通的二极管由PN结组成.在P 和N半导体材料之间加入一薄层 低掺杂的本征(Intrinsic)半导体 层,组成的这种P-I-N结构的二极 管就是PIN 二极管.正因为有本 征(Intrinsic)层的存在，PIN 二极 管应用很广泛，从低频到高频 的应用都有，主要用在RF领域， 用作RF 开关和RF保护电路，也 有用作光电二极管(PhotoDiode)。
APD二极管的应用 二极管的应用
APD主要用于激光测距机和长距离光纤通信，此外 也开始被用于正电子断层摄影和粒子物理等领域 。 APD阵列也已被商业化。 APD的用途取决于许多性能指标 的用途取决于许多性能指标 主要的几个性能指标为量子效率（表示APD吸收入 射光子并产生原始载流子的效率）和总漏电流（为 暗电流、光电流与噪声之和）。暗电噪声包括串联 和并联噪声，其中串联噪声为霰弹噪声，它大致正 比于APD的电容，而并联噪声则与APD的体暗电流和 表面暗电流的波动有关。此外，还存在用噪声系数F 表示的超额噪声，它是随机的APD倍增过程中所固 有的统计噪声。
APD二极管 二极管
激光通信中使用的光敏 元件。在以硅或锗为材 料制成的光电二极管的 反向偏压后， P-N结上加上反向偏压 反向偏压 射入的光被P-N结吸收后 会形成光电流。加大反 向偏压会产生“雪崩” （即光电流成倍地激增） 光电流成倍地激增） 光电流成倍地激增 的现象，因此这种二极 的现象 管被称为“雪崩光电二 极管”。
光伏发电照明系统
独立系统
常见于居民区路灯、停车场标志灯和电网公共照明系统， 常见于居民区路灯、停车场标志灯和电网公共照明系统，它们通常需要 电池， 电池，所以有很高的存储修复损耗和维护费用
光伏发电照明系统
并网系统
并网系统不需要电池，但是它们要连接到电网上，并且当从光伏矩阵板中 并网系统不需要电池，但是它们要连接到电网上， 采集的太阳能不能满足装置需求时，系统将会从电网吸取电能。在并网系 采集的太阳能不能满足装置需求时，系统将会从电网吸取电能。 统中，为了将光伏矩阵板中输入能量和公共网中输入能量混合，我们需要 统中，为了将光伏矩阵板中输入能量和公共网中输入能量混合， 直流负载还是交流负载，是需要动力单元还是交流负荷中心，这些都取决 直流负载还是交流负载，是需要动力单元还是交流负荷中心， 于负载的种类。最好的情况是，当光伏矩阵板发出的能量超过需求时，一 于负载的种类。最好的情况是，当光伏矩阵板发出的能量超过需求时， 些并网系统能够将能量反馈到电网。 些并网系统能够将能量反馈到电网。
①当光电二极管上加有反向电压时，管子中的反向 电流将随光照强度的改变而改变，光照强度越大， 反向电流越大，大多数情况都工作在这种状态。 ②光电二极管上不加电压，利用PN结在受光照射时 产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种 工作状态一般作光电检测器。 光电二极管有4种类型 种类型： 结型(也称 光电二极管有 种类型：即PN结型 也称 、PIN结 结型 也称PD)、 结 型、雪崩型和肖特基结型。用得最多的是用硅材料 雪崩型和肖特基结型。 制成的PN结型 它的价格也最便宜。 结型， 制成的 结型，它的价格也最便宜。其他几种响应 速度高， 速度高，主要用于光纤通信及计算机信息传输