解析光电传感器器件之光电池的结构原理
zsd_7432926068
2022年11月04日 10:46:17
只看楼主

知识点:光电池 光电池的种类很多,有硒光电池、氧化亚铜光电池、硫化铊光电池、硫化镉光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓光电池等。其中,最受重视的是硅光电池,因为它有一系列优点,例如性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高、能耐高温辐射等。另外,由于硒光电池的光谱峰值位置在人眼的视觉范围,所以很多分析仪器、测量仪表也常常用到它。下面着重介绍硅光电池,同时顺便介绍一下硒光电池。 光电池的结构原理

知识点:光电池

光电池的种类很多,有硒光电池、氧化亚铜光电池、硫化铊光电池、硫化镉光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓光电池等。其中,最受重视的是硅光电池,因为它有一系列优点,例如性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高、能耐高温辐射等。另外,由于硒光电池的光谱峰值位置在人眼的视觉范围,所以很多分析仪器、测量仪表也常常用到它。下面着重介绍硅光电池,同时顺便介绍一下硒光电池。


光电池的结构原理

  

硅光电池也称硅太阳能电池,它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(例如,硼)形成P-N结,如下图所示。


图片

硅光电伏特电池的构造和图示符号

  

当入射光照射P型区表面时,若光子能量大于半导体材料的禁带宽度,则在P型区每吸收一个光子便产生一个自由电子和空穴。P型区表面吸收的光子最多,激发出的电子空穴对也最多。越向内部,电子空穴对越少。由于浓差,形成从表面向体内扩散的自然趋势。空穴是P型区的多数载流子。入射光所产生的空穴浓度比原有热生空穴要低得多,而入射光所产生的电子则向内部扩散。若能在它复合之前到达P-N结过浓区,则在结电场的作用下正好将电子推向N型区。这样光照所产生的电子空穴对就被结电场分离开来,从而使P型区带阳电,N型区带阴电,形成光生电动势(即两者之间形成电位差)。

  

目前,硅光电池有两种系列:2DR型和2CR型。2DR型是以P型硅为衬底,进行N掺杂形成PN结;2CR型是以N型硅为衬底,进行P掺杂形成PN结。在结构上相似于光电二极管,其区别在于硅光电池用的衬底材料的电阻率低,约为0.1?0.01Ω?cm,而硅光电二极管衬底材料的电阻率约为10000Ω?cm。下图为2DR型硅光电池的结构原理和符号。上电极为栅状受光电极,下电极为衬底铝电极。栅状电极能减小电极与光敏面的接触电阻,增大透光面积。其上还蒸镀增透膜,可减少反射损失,同时对光电池起保护作用。


图片

  图 2DR型硅光电池的结构原理

  

在一定光照下,如果改变负载电阻RL,则负载电阻的电流I和电压U都要变化。输出电流和电压随负载电阻变化的曲线为光电池的伏-安特性。下图为不同照度下的伏-安特性曲线族。

  

从能量转换观点,希望负载电阻获得最大功率,即输出电流和电压之积RL值最大。由下图伏-安特性可知,Q点对应的IU面积最大,即光电池输出功率最大。


图片

图 光电池的付安特行曲线

  

硅光电池与其他能量转换器件相比具有很多优点:轻便,简单,不会产生气体或热污染,易于适应环境。因此凡是不能铺设电缆的地方都可采用光电池,尤其适于为宇宙飞行器的各种仪表提供电源。

  

下表为国产硅光电池的特性参数。由下表可见,硅光电池的最大开路电压为600mV;在辐照度相等的情况下,光敏面积越大,输出的光电流也越大。


图片

  表 硅光电池2CR型特性参数

  

硒光电池是在铝片上涂硒,再用濺射的方法,在硒层上形成一层半透明的氧化镉。在正反两面喷上低溶合金作为电极,如下图所示。


图片

硒光电伏特电池的构造和图示符号

相关推荐链接:

1、某地区光伏发电系统施工图纸(包括电池板排布图)

2、某东和光电10KV和3.3KV二次CAD设计原理图



免费打赏

相关推荐

APP内打开