第10章光電探測(cè)器和太陽(yáng)能電池

半導(dǎo)體器件鄧洪海denghonghai@電子信息學(xué)院-電子工程系第10章光電探測(cè)器和太陽(yáng)能電池

光電探測(cè)器太陽(yáng)能電池

光探測(cè)器是一種能夠?qū)⒐獾男盘?hào)轉(zhuǎn)換為電的信號(hào)的半導(dǎo)體器件。光探測(cè)器的工作包括三個(gè)步驟：①由入射光產(chǎn)生載流子；②通過(guò)任何可行的電流增益機(jī)制，使載流子傳導(dǎo)及倍增；③電流與外部電路相互作用，以提供輸出信號(hào)。

光探測(cè)器廣泛應(yīng)用于包括光隔離器的紅外傳感器以及光纖通信的探測(cè)器。在這些應(yīng)用中，光探測(cè)器必須在所工作的波長(zhǎng)中具有高靈敏度、高響應(yīng)速度及低噪聲。另外，光探測(cè)器必須輕薄短小、使用低電壓或低電流，并具有高可靠度。1.光敏電阻

光敏電阻包含一個(gè)簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體平板，而在平板兩端則具有歐姆接觸，如圖。當(dāng)入射光照到光敏電阻表面時(shí)，會(huì)發(fā)生從能帶到能帶(本征)或包含禁帶能級(jí)的躍遷(非本征)，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，導(dǎo)致電導(dǎo)率增加。光電探測(cè)器2.光電二極管

光電二極管基本上是一個(gè)工作于反向偏壓的p-n結(jié)或金屬-半導(dǎo)體接觸。由光產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在耗盡區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下分離，因此有電流流至外部電路。

為了能在高頻下工作，耗盡區(qū)必須盡可能地變薄以減少渡越時(shí)間。另一方面，為了增加量子效率，耗盡層必須足夠厚，以使大部分入射光都被吸收，因此在響應(yīng)速度與量子效率之間必須有所取舍。3.p-i-n光電二極管4.金屬—半導(dǎo)體光電二極管太陽(yáng)能電池圖(a)和(b)分別為太陽(yáng)輻射下的p-n結(jié)能帶圖及其等效電路。根據(jù)上述模型，其I-V特性可表示為其中有一恒定電流源與結(jié)并聯(lián)。此電流源IL是由于太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的多余載流子的激發(fā)所造成的，IS是二極管飽和電流，而R是負(fù)載電阻。

下圖是太陽(yáng)能電池的I-V特性曲線(xiàn)。選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)載，可以得到接近80％的ISCVOC乘積。其中ISC是短路電流，等于IL，而VOC是電池的開(kāi)路電壓；圖中的陰影面積就是最大功率。圖中也分別定義了在最大輸出功率Pm(=Im×Vm)時(shí)的電流Im與電壓Vm。因此，固定一IL，則VOC會(huì)隨著飽和電流IS的