第三章光電檢測技術常用器件及應用光電檢測技術常用器件及應用分解1、光電器件的類型與特點2、光電檢測器件的特性參數3、光電導器件---光敏電阻4、光生伏特效應------光電池、光電二極管、光電三極管等5、光電發射效應---光電管、光電倍增管等主要內容6、光熱效應----熱敏電阻、熱電偶光電檢測技術常用器件及應用分解光電池是根據光生伏特效應制成的將光能轉換成電能的一種器件。光電檢測技術常用器件及應用分解我們通常把導電性差或不好的材料，如金剛石、人工晶體、琥珀、陶瓷等等，稱為絕緣體。而把導電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體。可以簡單的把介于導體和絕緣體之間的材料稱為半導體光電檢測技術常用器件及應用分解半導體相關知識1、I型半導體（本征半導體）

本征半導體(Intrinsicsemiconductor)是完全純凈或結構完整的半導體。+4+4+4+4空穴電子共價鍵結構自由電子和空穴成對產生++Si+4Ge+4簡化模型Si(硅原子)Ge(鍺原子)光電檢測技術常用器件及應用分解2.P型半導體在純凈的硅晶體中摻入三價元素（如硼或銦），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P（Positve正）型半導體。三個價電子，與相鄰的半導體原子形成共價鍵時，產生一個空穴。硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。這種以價帶中的空穴為主導電的半導體，也稱為“空穴型半導體”。+4+4+3+4硼硅空穴光電檢測技術常用器件及應用分解3.N型半導體在純凈的硅晶體中摻入五價元素（如磷或銻），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了（Negative）型半導體。五個價電子，其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，它很容易被激發而成為自由電子，該原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個五價原子給出一個電子，稱為施主原子。這種半導體又稱為“電子型半導體”。+4+4+5+4多余電子磷光電檢測技術常用器件及應用分解PN結的形成雜質半導體的導電能力雖然比本征半導體極大增強（約1012倍），但它們并不能稱為半導體器件。在電子技術中，PN結是一切半導體器件的“元概念”和技術起始點。在一塊晶片的兩端分別注入三價元素硼和五價元素磷

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+－－－－－－－－－－－－－－－－P區N區空間電荷區內電場PN結及其形成過程光電檢測技術常用器件及應用分解理論證明：雜質帶的產生會使禁帶寬度變小.耗盡層耗盡層P區P區N區N區單獨存在時能級在P型和N型半導體組成的PN結界面上，由于存在多數載流子(電子或空穴)的梯度，因而產生擴散運動，形成內部電場，內部電場產生與擴散相反方向的漂移運動，直到P區和N區的Ef相同，兩種運動處于平衡狀態為止，結果能帶發生傾斜。光電檢測技術常用器件及應用分解平衡狀態下的PN結動畫演示光電檢測技術常用器件及應用分解PN結的單向導電性光電檢測技術常用器件及應用分解

PN結反向偏置時的情況光電檢測技術常用器件及應用分解4、光生伏特效應PN結的光生伏特效應：當用適當波長的光照射PN結時，由于內建場的作用（不加外電場），光生電子拉向n區，光生空穴拉向p區(幫助少子漂移)半導體內部產生電動勢（光生電壓）；如將PN結短路，則會出現電流（光生電流）。+—利用少子導電光電檢測技術常用器件及應用分解光電池的結構特點光電池核心部分是一個PN結，一般作成面積大的薄片狀，來接收更多的入射光。在N型硅片上擴散P型雜質（如硼），受光面是P型層或在P型硅片上擴散N型雜質（如磷），受光面是N型層光電檢測技術常用器件及應用分解受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作用和保護作用上電極做成柵狀，為了更多的光入射由于光子入射深度有限，為使光照到PN結上，實際使用的光電池制成薄P型或薄N型。光電檢測技術常用器件及應用分解當光作用于PN結時，耗盡區內的光生電子與空穴在內建電場力的作用下分別向N區和P區運動，在閉合的電路中將產生輸出電流IL，且負載電阻RL上產生電壓降為U。顯然有：U=ILRL

硅光電池結構和工作過程RL光電池輸出電流IL應包括光生電流IP、擴散電流與暗電流等三部分：光電檢測技術常用器件及應用分解光電池的特性1、伏安特性無光照時，光電池伏安特性曲線與普通半導體二極管相同。有光照時，沿電流軸方向平移，平移幅度與光照度成正比。曲線與電壓軸交點稱為開路電壓VOC，與電流軸交點稱為短路電流ISC。光電檢測技術常用器件及應用分解光電池伏安特性曲線光電檢測技術常用器件及應用分解光電池等效電路光電檢測技術常用器件及應用分解2、時間和頻率響應

硅光電池頻率特性好硒光電池頻率特性差硅光電池是目前使用最廣泛的光電池

光電檢測技術常用器件及應用分解要得到短的響應時間，必須選用小的負載電阻RL；光電池面積越大則響應時間越大，因為光電池面積越大則結電容Cj越大，在給定負載時，時間常數就越大，故要求短的響應時間，必須選用小面積光電池。光電檢測技術常用器件及應用分解光譜響應度硅光電池響應波長0.4-1.1微米，峰值波長0.8-0.9微米。硒光電池響應波長0.34-0.75微米，峰值波長0.54微米。光電檢測技術常用器件及應用分解光電檢測技術常用器件及應用分解光電池的光照特性連接方式：開路電壓輸出---(a)

短路電流輸出---(b)光電池在不同的光強照射下可產生不同的光電流和光生電動勢。短路電流在很大范圍內與光強成線性關系。開路電壓隨光強變化是非線性的，并且當照度在2000lx時趨于飽和。光電檢測技術常用器件及應用分解光照特性---開路電壓輸出：非線性(電壓---光強)，靈敏度高短路電流輸出：線性好(電流---光強)，靈敏度低開關測量（開路電壓輸出），線性檢測（短路電流輸出）光電檢測技術常用器件及應用分解負載RL的增大線性范圍也越來越小。因此，在要求輸出電流與光照度成線性關系時，負載電阻在條件許可的情況下越小越好，并限制在適當的光照范圍內使用。光電檢測技術常用器件及應用分解光電池應用1、太陽能轉變為電能—太陽能電池2、光電檢測器件光電檢測技術常用器件及應用分解太陽能庭院燈。它們可以在白天生成并儲存自己的能量，然后在夜晚間釋放能量。這就像衛星一樣，當位于行星有陽光的一面時，它可以儲存太陽能；當它在背光的一面時，則使用所儲存的能量。太陽能庭院燈工作原理

作者：MarshallBrain（本文為博聞網版權所有，轉載必須注明出處。）1.

引言

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太陽能庭院燈是如何發光的？

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如果您有一個庭院，并且曾考慮過進行夜間照明，那么您很可能聽說過太陽能庭院燈。它們仍然相當昂貴，但是它們的好處是您不用設置任何電線。只要一個地方有直射太陽光，您就可以在大約15秒鐘內在那里放好一盞燈。這些燈非常有意思，因為它們就像小衛星一樣。它們可以在白天生成并儲存自己的能量，然后在夜晚間釋放能量。這就像衛星一樣，當位于行星有陽光的一面時，它可以儲存太陽能；當它在背光的一面時，則使用所儲存的能量。在本文中，您將了解這到底是怎么發生的！基本構造

下面是太陽能庭院燈的典型構造：

太陽能庭院燈工作原理

下面是LED和控制器板的特寫：

在這一模塊的另外一面，是四個電池組成的太陽能電池陣（大小為5厘米x5厘米）和光敏電阻器：

下面是光敏電阻器的特寫：

光電檢測技術常用器件及應用分解太陽能庭院燈的典型構造它由以下元件構成：一個塑料外殼頂部的一塊太陽能電池一個單塊的AA鎳鎘電池一個小的控制器板一個LED光源一個光敏電阻器，用于檢測黑暗光電檢測技術常用器件及應用分解光電檢測技術常用器件及應用分解在這一模塊的另外一面，是四個電池組成的太陽能電池陣（大小為5厘米x5厘米）和光敏電阻器：光敏電阻器

光電檢測技術常用器件及應用分解太陽能電池通過一個二極管（可以防止電池的電流在夜間流回太陽能電池）直接與電池連接。電池是一個完全標準的AA鎳鎘電池。這樣的一塊電池可以產生約1.2伏的電壓，最多可儲存約700毫安時的電量。在白天，電池進行充電，除了冬季白天較短的日子或者天氣非常陰的日子外，都可以達到最大充電量。充滿電時，鎳鎘電池能使LED亮起約15小時。照明燈自動控制電路K儲能電池燈常閉CdS光電檢測技術常用器件及應用分解光電檢測技術常用器件及應用分解光的照度E的單位是lx（勒克斯），它是常用的光度學單位之一，它表示受照物體被照亮程度的物理量，可以用照度計來測量。

光電池（外加柔光罩）照度計光電檢測技術常用器件及應用分解將裝有濁水的試管插入儀器中光電式濁度計和含沙量測量光電檢測技術常用器件及應用分解光電式濁度計工作原理參比通道

1—恒流源2—半導體激光器3—半反半透鏡4—反射鏡5—被測水樣6、9—光電池

7、10—電流/電壓轉換器8—標準水樣光電檢測技術常用器件及應用分解1.硅系太陽能電池單晶硅太陽能電池優點：轉化率高(24.4%)

，技術最為成熟缺點：成本高，基底厚度達350--450μm。提高轉化率的途徑：單晶硅表面微結構處理和分區摻雜工藝德國費萊堡太陽能系統研究所保持至世界領先水平其他應用光電檢測技術常用器件及應用分解3)非晶硅薄膜太陽能電池優點：成本低缺點：轉化率低(13%)

制備方法：多采用化學氣相沉積法，還有液相外延法和濺射沉積法解決方法：制造疊層太陽能電池2)多晶硅薄膜太陽能電池優點：成本低，轉化率不衰退缺點：轉化率較低(18%)

制備方法：多采用化學氣相沉積法，還有液相外延法和濺射沉積法光電檢測技術常用器件及應用分解主要包括：砷化鎵、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池硫化鎘(CdS)

、碲化鎘(CdSe)

：鎘有劇毒，不理想砷化鎵(GaAs)：高轉化率(37.4%)，成本高。能隙1.42eV，光譜響應可見和紫外，溫度特性好，已開始用于空間太電池銅銦硒(CuInSe2)

：優點：轉化率高(17%)，價格低廉，性能良好，工藝簡單。缺點：銦和硒都是稀有元素，發展受限多元化合物薄膜太陽能電池光電檢測技術常用器件及應用分解4.納米晶化學太陽能電池

工作原理：染料分子吸收太陽光能躍遷到激發態，激發態不穩定，電子快速注入到緊鄰的TiO2的導帶，染料分子中失去的電子很快從電解質中的導補償，進入TiO2導帶中的電子最終進入導電膜，然后通過外回路產生光電流。優點：成本低廉，轉化率已穩定在10%以上，壽命達15—20年。3.有機太陽能電池

工作原理：有機半導體產生的電子和空穴束縛在激子之中,電子和空穴在界面(電極和導電聚合物的結合處)上分離。優點：價格低、易成形、可通過化學修飾調控性能光電檢測技術常用器件及應用分解太陽能電池板：將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能控制器：控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。蓄電池：在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。逆變器：將太陽能發電系統所發出的直流電能(12VDC、24VDC、48VDC)轉換成交流電能(220VAC、110VAC)太陽能電池發電站光電檢測技術常用器件及應用分解目前太陽能發電的上網電價則約為3.5元/千瓦時，是普通發電機組上網電價的10倍左右光電檢測技術常用器件及應用分解1954年美國貝爾實驗室制成了世界上第一個實用的太陽能電池，效率為4%，于1958年應用到美國的先鋒1號人造衛星上。

我國1958年開始進行