辅助阅读材料 第三章光电转换器件 第三章光电转换器件 3.1光电二极管特性的实验研究 光电二极管的伏安特性指的是不同光照条件下输出光电流与偏压的关系，测 量原理图如图3.1所示，其中负载电阻的阻值为2.4KQ。 黑发计 光电二极管 电压源— L 图3.1光电二极管测量原理图 光源照度变化时回路测量的光生电流和反向偏压的数据如下表。 表3.1光电二极管伏安特性测量数据 偏压(V) 0-246-8-10 光照度50lx 光生电流(4)5.45.76.06.16.26.3 光照度100x光生电流(4)10.811.511,711.912.112.2 光照度200x 光生电流（4)21.122.42323.323.924 光照度300lx 光生电流(u4)31.433.434234.935.436.0 利用上述测量数据可绘制出光电二极管的伏安特性曲线，如下图
辅助阅读材料 第三章 光电转换器件 第三章 光电转换器件 3.1 光电二极管特性的实验研究 光电二极管的伏安特性指的是不同光照条件下输出光电流与偏压的关系，测 量原理图如图 3.1 所示，其中负载电阻 RL 的阻值为 2.4 KΩ 。 图 3.1 光电二极管测量原理图 光源照度变化时回路测量的光生电流和反向偏压的数据如下表。 表 3.1 光电二极管伏安特性测量数据 偏压（V） 0 -2 -4 -6 -8 -10 光照度 50lx 光生电流（μA ） 5.4 5.7 6.0 6.1 6.2 6.3 光照度 100lx 光生电流（μA ） 10.8 11.5 11.7 11.9 12.1 12.2 光照度 200lx 光生电流（μA ） 21.1 22.4 23 23.3 23.9 24 光照度 300lx 光生电流（μA ） 31.4 33.4 34.2 34.9 35.4 36.0 利用上述测量数据可绘制出光电二极管的伏安特性曲线，如下图。 1
辅助阅读材料 第三章光电转换器件 光照度501x 光照度001 光照度3001x 8 10 反向偏压() 图3.2光电二极管的伏安特性曲线 3.2硅光电池特性的实验研究 3.2.1开路电压与短路电流 在太阳能电池的实际应用中，其开路电压和短路电流都不是靠计算而是实际 测量得到的，测量数据如下表所示。 表3.2硅光电池开路电压和短路电流测量数据 光照度x) 0 103050100200300 开路电压(mV) 0 360390400420440450 短路电流(uA) 10 4.011.8 20.042.289.3138.3
辅助阅读材料 第三章 光电转换器件 0 2 4 6 8 10 5 10 15 20 25 30 35 40 反向偏压(V) 光生电流(uA) 光照度50lx 光照度100lx 光照度200lx 光照度300lx 图 3.2 光电二极管的伏安特性曲线 3.2 硅光电池特性的实验研究 3.2.1 开路电压与短路电流 在太阳能电池的实际应用中，其开路电压和短路电流都不是靠计算而是实际 测量得到的，测量数据如下表所示。 表 3.2 硅光电池开路电压和短路电流测量数据 光照度(lx) 0 10 30 50 100 200 300 开路电压(mV) 0 360 390 400 420 440 450 短路电流(uA) 0 4.0 11.8 20.0 42.2 89.3 138.3 2
辅助阅读材料 第三章光电转换器件 450 350 150 5010 光照度 200 250 图33硅光电池开路电日 120 50 100150200250 300 米照府(x) 图3.4硅光电池短路电流 3.2.2伏安特性 其伏安特性研究的是光电池在照度一定的情况下输出电流与电压随负载变化 的关系，测量原理如图3.5所示
辅助阅读材料 第三章 光电转换器件 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 光照度(lx) 开路电压(mV) 图 3.3 硅光电池开路电压 0 50 100 150 200 250 300 0 20 40 60 80 100 120 140 光照度(lx) 短路电流(uA) 图 3.4 硅光电池短路电流 3.2.2 伏安特性 其伏安特性研究的是光电池在照度一定的情况下输出电流与电压随负载变化 的关系，测量原理如图 3.5 所示。 3
轴助阅读材料 第三章光电转换器件 光电池 光照度 表) 图3.5硅光电池伏安特性测试原理图 表3,3硅光电池伏安特性测最数据 负载(2)2.4K 5.6K 10K 51K 100K 光照度电流(uA)19.8 19.7 19.1 6.9 3.5 50lx 电压(mV 61 135 222 389 399 光照度 电流(uA) 44.7 422 318 7.5 3.8 100 电压(mV) 157 294 373 422 426 光照度 电流(uA) 88.5 57 36.1 7.9 4 200x 电压(mV) 313 398 423 446 448 光照度 电流(uA) 104.7 60.7 37.7 8.2 4.1 300Ix电压(mV) 372 424 442 459 461 20 10o49 昭在9001 0光照度3001x 60 20 40 80 负载电阻(KQ) 图3.6不同照度条件下回路电流与负载电阻关系曲线图
辅助阅读材料 第三章 光电转换器件 图 3.5 硅光电池伏安特性测试原理图 表 3.3 硅光电池伏安特性测量数据 负载（Ω ） 2.4K 5.6K 10K 51K 100K 光照度 电流(uA) 19.8 19.7 19.1 6.9 3.5 50lx 电压(mV) 67 135 222 389 399 光照度 电流(uA) 44.7 42.2 31.8 7.5 3.8 100lx 电压(mV) 157 294 373 422 426 光照度 电流(uA) 88.5 57 36.1 7.9 4 200lx 电压(mV) 313 398 423 446 448 光照度 电流(uA) 104.7 60.7 37.7 8.2 4.1 300lx 电压(mV) 372 424 442 459 461 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 120 负载电阻(KΩ) 电流(uA) 光照度50lx 光照度100lx 光照度200lx 光照度300lx 图 3.6 不同照度条件下回路电流与负载电阻关系曲线图 4
辅助阅读材料 第三章光电转换器件 500 300 20 200 ★光照度501x 光照度1001 100 光照度3001x % 20 40 80 100 负载电阻(K2) 图3.7不同照度条件下负载电压与电阻关系曲线图 3.3电荷耦合摄像器件 电荷耦合器件(CCD)与其它器件相比，最突出的特点是它以电荷作为信号 而其它大多数器件是以电流或电压作为信号。CCD的基本功能是电荷存储和电 荷转移，因此CCD工作过程就是信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程， 其中电荷的产生依靠半导体的光电特性，用光注入的办法产生。 3.3.1电荷耦合器件工作原理 1.电荷存储 构成CCD的基本单元是MOS(金属一氧化物一半导体)电容器，如图3.8所 示。正像其它电容器一样，MOS电容器能够存储电荷。如果MOS结构中的半导 体是P型硅，当在金属电极（称为栅）上加一个正的阶梯电压时（衬底接地）， Si-SO界面处的电势（称为表面电势或界面势）发生相应变化，附近的P型硅中 多数载流子一孔穴被排斥，形成所谓耗尽层，如果栅电压VG超过MOS晶体管的 开启电压，则在Si-SO2界面处形成深度耗尽状态，由于电子在那里的势能较低， 可以形象的说在半导体表面形成了电子的势阱，可以用来存储电子。当半导体表 面存在势阱时，如果有信号电子（电荷）来到势阱或其附近，它们便可以聚集在 表面。随着电子来到势阱中，表面势将降低，耗尽层将变薄，将该过程描述为电 子逐渐填充势阱。势阱中能容纳多少个电子，取决于势阱的“深浅”，即表面势
辅助阅读材料 第三章 光电转换器件 0 20 40 60 80 100 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 负载电阻(KΩ) 电压(mA) 光照度50lx 光照度100lx 光照度200lx 光照度300lx 图 3.7 不同照度条件下负载电压与电阻关系曲线图 3.3 电荷耦合摄像器件 电荷耦合器件（CCD）与其它器件相比，最突出的特点是它以电荷作为信号， 而其它大多数器件是以电流或电压作为信号。CCD 的基本功能是电荷存储和电 荷转移，因此 CCD 工作过程就是信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程， 其中电荷的产生依靠半导体的光电特性，用光注入的办法产生。 3.3.1 电荷耦合器件工作原理 1. 电荷存储 构成CCD的基本单元是MOS（金属—氧化物—半导体）电容器，如图 3.8 所 示。正像其它电容器一样，MOS电容器能够存储电荷。如果MOS结构中的半导 体是P型硅，当在金属电极（称为栅）上加一个正的阶梯电压时（衬底接地）， Si-SiO2界面处的电势（称为表面电势或界面势）发生相应变化，附近的P型硅中 多数载流子—孔穴被排斥，形成所谓耗尽层，如果栅电压VG超过MOS晶体管的 开启电压，则在Si-SiO2界面处形成深度耗尽状态，由于电子在那里的势能较低， 可以形象的说在半导体表面形成了电子的势阱，可以用来存储电子。当半导体表 面存在势阱时，如果有信号电子（电荷）来到势阱或其附近，它们便可以聚集在 表面。随着电子来到势阱中，表面势将降低，耗尽层将变薄，将该过程描述为电 子逐渐填充势阱。势阱中能容纳多少个电子，取决于势阱的“深浅”，即表面势 5