S4.7、光电池 光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光 线作用时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。 光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大 面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时，若光子能 量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生 对自由电子和空穴，电子空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的 作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。图为硅光电池原 理图。 2022/10/7 1
2022/10/7 1 S4.7、光电池 光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光 线作用时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。 光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大 面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时， 若光子能 量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一 对自由电子和空穴， 电子-空穴对从表面向内迅速扩散， 在结电场的 作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 图为硅光电池原 理图
硼扩散层 SiO,膜 P型电极 A A N型硅片 PN结 电极 (a) (b) 硅光电池原理图 (a)结构示意图；(b)等效电路 2022/10/7 2
2022/10/7 2 硅光电池原理图 (a) 结构示意图； (b) 等效电路 A 硼扩散层 SiO2 膜 P型电极 N型硅片 PN结 电 极 A I I (a) (b)
光电池基本特性有以下几种： ()光谱特性光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 图16 为硅光电池和硒光电池的光谱特性曲线。从图中可知，不同材料的 光电池，光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的，硅光电池波 长在0.8μm附近，硒光电池在0.5um附近。硅光电池的光谱响应波长 范围为0.4~.2μm,而硒光电池只能为0.380.75μm。可见，硅光电池 可以在很宽的波长范围内得到应用。 2022/10/7 3
2022/10/7 3 光电池基本特性有以下几种： (1) 光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 图16 为硅光电池和硒光电池的光谱特性曲线。从图中可知， 不同材料的 光电池，光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的，硅光电池波 长在0.8μm附近，硒光电池在0.5μm附近。硅光电池的光谱响应波长 范围为0.4~1.2μm，而硒光电池只能为0.38~0.75μm。可见，硅光电池 可以在很宽的波长范围内得到应用
(2)光照特性光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势 是不同的，它们之间的关系就是光照特性。图1门为硅光电池的开路 电压和短路电流与光照的关系曲线。从图中看出，短路电流在很天 范围内与光照强度呈线性关系，开路电压（即负载电阻R无限大时） 与光照度的关系是非线性的，并且当照度在2000x时就趋于饱和了。 因此用光电池作为测量元件时，应把它当作电流源的形式来使用， 不宜用作电压源。 2022/10/7 4
2022/10/7 4 (2) 光照特性 光电池在不同光照度下， 其光电流和光生电动势 是不同的，它们之间的关系就是光照特性。图17为硅光电池的开路 电压和短路电流与光照的关系曲线。从图中看出， 短路电流在很大 范围内与光照强度呈线性关系，开路电压（即负载电阻RL无限大时） 与光照度的关系是非线性的，并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。 因此用光电池作为测量元件时， 应把它当作电流源的形式来使用， 不宜用作电压源
图16硅光电池的光谱特性 100 80 硒 %/S 60 硅 40 20 0 400 6008001000 1200 2022/10/7 4/nm 5
2022/10/7 5 图16 硅光电池的光谱特性 0 400 600 800 1000 1200 20 40 60 80 100 / nm S / % 硒 硅