b、短路电流：有光照，外电路短路，在p-n结两端 不能形成光生电压，但流过外电路的电流最大，为光 电池的短路电流 I0。
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§7.3 光生伏特
光电流 Il 的主要来源或组成
光电流 Il 由两个组成部分，即：Ige 和 Igh Ige：由 p 区产生能扩散到势垒区的电子部分 Igh：由 n 区产生能扩散到势垒区的空穴部分
§7.2 光电导
光敏电阻光电导应用一例
➢ 光敏电阻是一种用光电导材料制成的没有极性的光电 元件 ，也称为光导管，它基于半导体光电导效应工作
➢ 光敏电阻没有极性，工作时可加直流偏压或交流电压
➢ 当无光照时，光敏电阻的阻值(暗电阻)很大，电路中电 流很小；当它受到一定波长范围的光照射时，其阻值 (亮电阻)急剧减小，电路中电流迅速增加
流过负载，光敏二极管的光电流 I 与照度之间呈线性
关系。
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§7.3 光生伏特
（a）开始光照
（b）平衡态
半导体二极管 p-n 结的光生伏特原理图
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§7.3 光生伏特 光电池的两个重要概念：开路电压和短路电流
a、开路电压：有光照，但外电路断开，在 p-n 结两 端形成的电势差 V0，即光电池的开路电压（V0）。
If Is[ee xV /p kB T () 1 ]
其中 Is为 p-n 结的反向饱和电流
VkBTlnI[l I 1]
e
Is
开路时 p-n 结开路电压 V0 和短路时 p-n 结短路电流 I0
V0kB eTlnII(sl 1),(I0)
I0Il,(V0)短路电流 I0 即为光电流
显然， p-n 结的开路电压和短路电流与 p-n 本身特征参数和
太阳能电池的电池效率参数 负载中消耗的功率
I Il If
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光电池在工作时共有三股
电流：光生电流 Il，在光 生电压 V 作用下 p-n 结的
正向电流 If，流经外电路 的电流 I。Il 和 If 都流经 pn 结，但方向相反。
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§7.3 光生伏特 p-n 结的开路电压和短路电流
p-n 结在有 V 正向电压偏置时的正向电流 If 取下面的形式
➢ p-n 结中存在内建电场，结两边的光生少数载流子受 该内建场的作用，各自向相反的方向运动。
➢ p 区的电子穿过 p-n 结进入 n 区，而 n 区的空穴进入 p 区，从而在 p 型和 n 型区有电荷积累；使得 p 端的 电势升高，n 端的电势降低，从而在 p-n 结两端形成 一光生电动势。
➢ 如果 p-n 结两端接上负载，在适当的光照下将有电流
➢ 根据电流值的变化可推算出照射光强的大小
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§7.2 光电导
光敏电阻结构
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§7.2 光电导
光敏电阻的几个特性
a、暗电阻、亮电阻：光敏电阻未受光照时的阻值称为暗电阻， 受强光照射时的阻值称为亮电阻。暗电阻越大而亮电阻越小， 灵敏度越高。
b、伏安特性
c、光谱特性
d、响应时间和（调制）频率特性
Il Ig eIgh e(L A n L p)G
G：单位体积内产生载流子的产生率 A：p-n 结的结面积， Ln、Lp：电子和空穴载流子的扩散长度， e：电子的电荷。
Il 与 p-n 结的特征参数和光照等密切相关。
结面积A越大，则 Il 越大。
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§7.3 光生伏特
有负载时的光生伏特等效电路
h Eg
照射在 p-n 结上，由于本征吸收，在结区产生电子－空 穴对。在光激发下，多数载流子的浓度一般改变很小， 而少数载流子的浓度变化很大。这里主要讨论光生少数 载流子的运动。
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§7.3 光生伏特 光生伏特效应
➢ 当光子能量大于 p-n 结禁带宽度后，光照射在 p-n 结 上，产生本征吸收，在结区产生电子－空穴对。
图20
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§7.2 光电导
光敏电阻的频率特性
光电器件的响应时间反映 它的动态特性。响应时间 越短，表示动态特性越好。
对于采用调制光的光电器 件，调制频率的上限受相 应时间的限制。光敏电阻 的响应时间一般为10-1～ 10-3s，光敏二极管的响应 时间约2×10-5s
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§7.2 光电导
e、温度特性
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§7.2 光电导
光敏电阻的伏安特性
在一定光照下，所加的 电压越高，电流越大； 在一定的电压作用下， 入射光的照度越强，电 流越大，但并不一定是 线性关系

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§7.2 光电导 光敏电阻的光谱特性
对于不同波长的光，光敏 电阻的灵敏度是不同的。
在选用光电器件时必须充 分考虑到这种特性
➢ V0 并不是随着光照强度无限地增大。当光生电压 V0 增大到 p-n 结势垒消失时，即得到最大的光生电压Vmax，它与材料的 掺杂程度有关。实际情况下，Vmax 与禁带宽度 Eg 相当。
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§7.3 光生伏特
如何提高负载所能获得尽可能高的电压或大的电流
要使负载获得尽可能高的电压和大的电流，一方面显然是 将多个光电二极管串并联使用；另一方面就是提高太阳能 光电池的光电转化效率。
光敏电阻的温度特性
随着温度的升高，光敏电 阻的暗电阻和灵敏度都要 下降，温度的变化也会影 响光谱特性曲线。
硫化铅光敏电阻等光电器 件随着温度的升高光谱响 应的峰值将向短波方向移 动，所以红外探测器往往 采取制冷措施
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§7.3 光生伏特
对于半导体 p-n 结而言，光照后产生电压差的现象，将太阳 能转变为电能，即太阳能电池工作原理
光照的关系
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§7.3 光生伏特
（a）GaAs 光电二极管 I－V关系；（b）光电二极管的 Il 和 V0与光强的关系
一般 Il 与光强成正比，开路电压 V0与光强成对数关系
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§7.3 光生伏特
必须指出两点：
➢ 只有在有负载时才有 If，否则此时的电路相当于开路，尽 管由于光照产生了光生电动势，但没有载流子流动。
➢ 光照在 p-n 结两端产生光生电动势， 相当于在 p-n 结两端加正向电压 V （注意在开路时与开路电压 V0 相 等）。在有负载而形成回路后，p-n 结中有正向电流 If 流过。
➢ 有负载时，由于光电压输出电压为
有负载 R 时半导体光电 二极管 D 的等效电路图
V，这样流过负载的电流 I 则是光电 流 Il 减去 p-n 结中的正向电流 If 。