第10章 光电探测器及太阳能电池

1、半导体器件半导体器件邓洪海电子信息学院电子信息学院-电子工程系电子工程系半导体器件半导体器件 光电探测器光电探测器太阳能电池太阳能电池半导体器件半导体器件 光探测器是一种能够将光的信号转换为电的信号光的信号转换为电的信号的半导体器件。光探测器的工作包括三个步骤：由入射光产生载流子；通过任何可行的电由入射光产生载流子；通过任何可行的电流增益机制，使载流子传导及倍增；流增益机制，使载流子传导及倍增；电流与外部电路相互作用，以提供电流与外部电路相互作用，以提供输出信号。输出信号。 光探测器广泛应用于包括光隔离器的红外传感器以及光纤通信的探测器。在这些应用中，光探测器必须在所工作的波长中所工作的波长中

2、具有高灵敏度、高响应速度及低噪声。另外，光探测器必须轻薄短小、使用低电压或低电流，并具有高可靠度。 1. 光敏电阻光敏电阻 光敏电阻包含一个简单的半导体平板，而在平板两端则具有欧姆接触，如图。当入当入射光照到光敏电阻表面时，会发生从能带到射光照到光敏电阻表面时，会发生从能带到能带能带(本征本征)或包含禁带能级的跃迁或包含禁带能级的跃迁(非本征非本征)，从而产生电子从而产生电子-空穴对，导致电导率增加。空穴对，导致电导率增加。 hWLD欧姆接触欧姆接触半导体hWLD欧姆接触欧姆接触半导体图8.30由一半导体平板与两端的接触所构成的光敏电阻的示意图光电探测器光电探测器半导体器件半导体器件()npq

3、np半导体器件半导体器件2. 光电二极管光电二极管 光电二极管基本上是一个工作于反向偏压工作于反向偏压的p-n结或金属-半导体接触。由光产生的电子-空穴对在耗尽区内建电场的作用下分离，因此有电流流至外部电路。 为了能在高频下工作，耗尽区必须尽可能地变薄以减少渡越时间。另一方面，为了增加量子效率，耗尽层必须足够厚，以使大部分入射光都被吸收，因此在响应速度响应速度与量子效率量子效率之间必须有所取舍。 半导体器件半导体器件3. p-i-n光电二极管光电二极管半导体器件半导体器件0102030405060708090100020004000600080001000012000F23ILBICmax/e

4、 LBIC signal (nA)Position (m) 296K 123K半导体器件半导体器件4. 金属金属半导体光电二极管半导体光电二极管半导体器件半导体器件太阳能电池太阳能电池半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件图(a)和(b)分别为太阳辐射下的p-n结能带图及其等效电路。根据上述模型，其I-V特性可表示为LsIkTqVII1exp其中有一恒定电流源与结并联。此电流源IL是由于太阳辐射产生的多余 载流子的激发所造成的，IS是二极管饱和电流，而R是负载电阻。 半导体器件半导体器件 下图是太阳能电池的I-V特性曲线。选择适当的负载，可以得到接近80的ISCVOC乘积。其中ISC是短路电流，等于IL，而VOC是电池的开路电压；图中的阴影面积就是最大功率。图中也分别定义了在最大输出功率Pm(=ImVm)时的电流Im与电压Vm。 因此，固定一IL