硅光電池是什么
硅光電池是一種直接把光能轉換成電能的半導體器件。它的結構很簡單,核心部分是一個大面積的PN 結,把一只透明玻璃外殼的點接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路,當二極管的管芯(PN結)受到光照時,你就會看到微安表的表針發生偏轉,顯示出回路里有電流,這個現象稱為光生伏特效應。硅光電池的PN結面積要比二極管的PN結大得多,所以受到光照時產生的電動勢和電流也大得多。
硅光電池的結構及工作原理
硅光電池的構造
? ? ? ? 利用硅片制成PN結,在P型層上貼一柵形電極,N型層上鍍背電極作為負極。電池表面有一層增透膜,以減少光的反射。由于多數載流子的擴散,在N型與P型層間形成阻擋層,有一由N型層指向P型層的電場阻止多數載流子的擴散,但是這個電場卻能幫助少數載流子通過。當有光照射時,半導體內產生正負電子對,這樣P型層中的電子擴散到PN結附近被電場拉向N型層,N型層中的空穴擴散到PN結附近被阻擋層拉向P區,因此正負電極間產生電流;如停止光照,則少數載流子沒有來源,電流就會停止。硅光電池的光譜靈敏度最大值在可見光紅光附近(800nm),截止波長為1100nm。圖2表示硅光電池靈敏度的相對值。
圖1 硅光電池構造
圖2? 硅光電池的光譜靈敏度
使用時注意,硅光電池質脆,不可用力按壓。不要拉動電極引線,以免脫落。電池表面勿用手摸。如需清理表面,可用軟毛刷或酒精棉,防止損傷增透膜。
硅光電池是一種能將光能直接轉換成電能的半導體器件,其結構如圖所示。它實質上是一個大面積的半導體PN結。硅光電池的基體材料為一薄片P型單晶硅,其厚度在0.44mm以柵狀電極下,在它的表面上利用熱擴散法生成一層N型受光層,基體和受光層的交接處形成PN結。在N型受光層上制作有柵狀負電極,另外在受光面上還均勻覆蓋有抗反射膜,它是一層很薄的天藍色一氧化硅膜,可以使電池對有效人射光的吸收率達到90%以上,并使硅光電池的短路電流增加25%-30%。
硅光電池結構示意圖
以硅材料為基體的硅光電池,可以使用單晶硅、多晶硅、非晶硅來制造。單晶硅光電池是目前應用最廣的一種,它有2CR和2DR兩種類型,其中2CR型硅光電池采用N型單晶硅制造,2DR型硅光電池剛采用P型單晶硅制造。
硅光電池的工作原理是光生伏特效應。當光照射在硅光電池的PN結區時,會在半導體中激發出光生電子一空穴對。PN結兩邊的光生電子一空穴對,在內電場的作用下,屬于多數載流子的不能穿越阻擋層,而少數載流子卻能穿越阻擋層。結果,P區的光生電子進入N區,N區的光生空穴進入p區,使每個區中的光生電子一空穴對分割開來。光生電子在N區的集結使N區帶負電,光生電子在p區的集結使P區帶正電。P區和N區之間產生光生電動勢。當硅光電池接人負載后,光電流從P區經負載流至NE,負載中即得到功率輸出。
硅光電池的電路分析
? 如圖所示,用兩個性能相近的硅光電池作光接受器件,當入射光通量相同時Vo=0,行機構按預定的方式工作。當光路系統略有偏差時,兩個硅光電池接收到的光通量發生變化,此時Vo≠0,這一差動輸出信號經過放大即可帶動執行機構(例如微型電機)對系統狀態進行糾正,直到Vo=0為止,從而達到跟蹤的目的。