光電池工作原理及組成_基本參數(shù)

隨著科技日新月異地發(fā)展，光電池在人們的生產(chǎn)生活中產(chǎn)生了越來(lái)越重要的作用。光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它可把太陽(yáng)能直接變電能也稱為太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能電池是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成的光電轉(zhuǎn)換器件，它既可以作為電源，又可以作為光電檢測(cè)器件。作為電源使用的光電池，主要是直接把太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，稱為太陽(yáng)電池。太陽(yáng)電池不需要燃料，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，也不排放氣體，具有重量輕，工作性能穩(wěn)定，光電轉(zhuǎn)換效率高，使用壽命長(zhǎng)，不產(chǎn)生污染等優(yōu)點(diǎn)，在航天技術(shù)、氣象觀測(cè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至人們的日常生活等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

作為光電檢測(cè)器件使用的光電池，具有反應(yīng)速度快，工作時(shí)不需要外加偏壓等特點(diǎn)，用于近紅外探測(cè)器、光電藕合器以及光電開(kāi)關(guān)等。光電池的制作材料有許多種，例如硅、硒、鍺、硫化鎘、砷化鎵等，其中最常用的是硅光電池。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)是發(fā)電式有源元件。太陽(yáng)能電池的利用和特性的研究是21世紀(jì)的熱門(mén)課題，許多國(guó)家正投入大量人力物力對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行研究硅光電池是根據(jù)光伏效應(yīng)制成的太陽(yáng)能電池，應(yīng)用范圍較廣。

光電池的結(jié)構(gòu)

光電池也是光敏器件中一個(gè)種類，不僅能將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，還能將光能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存起來(lái)。

光電池由PN結(jié)構(gòu)成，也好像一個(gè)半導(dǎo)體二極管，但這個(gè)PN結(jié)的工作面積比一般二極管要大得多，目的是使光電池能接受更多光照。光電池通常只有一面接受光的照射，稱為光電池的受光面。不接受光線照射的一面稱為背光面。光電池工作時(shí)能將光能轉(zhuǎn)化成電能形成電壓，電壓的正極多為受光面。

光電池是在光線照射下，直接將光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)勢(shì)的光學(xué)元件，它的工作原理是光生伏特效應(yīng)。簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)。（光生伏特效應(yīng)是光照使不均勻半導(dǎo)體或均勻半導(dǎo)體中光生電子和空穴，并在空間分開(kāi)而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。即將光能轉(zhuǎn)化成電能）在有光線作用時(shí)PN結(jié)就相當(dāng)于一個(gè)電壓源。

如圖所示，硅光電池在無(wú)外加電壓時(shí)，光照引起的載流子遷移會(huì)在其兩端產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，即光伏效應(yīng)硅。光電池的基本結(jié)構(gòu)為PN結(jié)，受光照后，將產(chǎn)生一個(gè)由N區(qū)到P區(qū)的光生電流I1同時(shí)，由于PN結(jié)二極管的特性，存在正向二極管電流I2，此電流方向從P區(qū)到N區(qū)，與光生電流相反。硅光電池的理論模型是由一理想的電流源（光照產(chǎn)生光電流的電流源）、一個(gè)理想二極管一個(gè)并聯(lián)電阻和一個(gè)串聯(lián)電阻組成。