传感器应用技术 课件 8.6-知识点：光电池

传感器应用技术光电池项目八基于光电式传感器倒车雷达的设计与制作引入一年内到达地球表面的太阳能总量约为1.892×10^24吨标准煤，是目前世界主要能源探明储量的10,000倍。太阳的寿命至少为40亿年。与人类历史相比，太阳能可以持续为地球供电的时间可以说是无限的。这就决定了太阳能的开发利用将是人类解决传统能源短缺和枯竭的最有效途径。单晶硅光电池称为硅光电池，非晶硅光电池称为太阳能电池。以硅光电池为例：结构：硅光电池是在一块N型硅片上，用扩散的方法掺入一些P型杂质（如硼）形成一个大面积的PN结。原理：当入射光子的能量足够大时，P区每吸收一个光子就产生一对光生电子—空穴对，在表面对光子的吸收最多，激发出的电子—空穴对也最多，越向内部越小，因此，光生电子—空穴对的浓度由表面向内部迅速下降，形成由表及里扩散的自然趋势。在PN结内电场的作用下，使扩散到PN结附近的电子—空穴对分离，电子被拉到N型区，空穴则留在P型区，使N区带负电，P区带正电。如果光照是连续的，经短暂的时间，新的平衡状态建立后，PN结两侧就有一个稳定的光电流或光生电动势输出。1.光电池的结构与工作原理1.光电池的结构与工作原理（1）光照特性下图曲线指出了光生电势和光生电流与光照度之间的关系。光电势即开路电压UOC与照度E成非线性关系。光电池的短路电流ISC与照度成线性关系，而且受照面积越大，短路电流也越大。负载电阻RL越小，光电流与照度的线性关系越好，线性范围越广。所以光电池作为探测元件时，所用负载电阻的大小，应根据照度或光强而定，当照度较大时，为保证测量有线性关系，负载电阻应较小。2.光电池的基本特性2.光电池的基本特性（2）光谱特性光电池的光谱特性决定于所用的材料。下图的曲线1和2分别表示硒和硅光电池的光谱特性。从曲线可以看出，硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm附近，它适宜于探测可见光。如果硒光电池与适当的滤光片配合，它的光谱灵敏度与人的眼睛很接近，可用它客观地决定照度。硅光电池可以应用的范围为400~1100nm，峰值波长在850nm附近，因此，对色温为2854K的钨丝灯光源，能得到很好的光谱响应。光电池的光谱峰值位置不仅与制造光电池的材料有关，并且随使用温度的不同而有所移动。2.光电池的基本特性（3）伏安特性负载电阻短接或很小时，负载线垂直或接近与垂直，它与伏安特性的交点为等距离，电流正比与照度，数值也较大。负载电阻增大时，交点的距离不等，例如3kΩ，这条负载线与伏安特性的交点相互间距离不等，即电流不与照度成正比。2.光电池的基本特性（4）频率特性

频率特性是指输出电流和入射光的调制频率之间的关系。当光电池受到入射光照射时，产生电子-空穴对需要一定的时间，入射光消失，电子-空穴对的复合也需要一定的时间，因此，当入射光的调制频率太高时，光电池的输出光电流将下降。硅光电池的频率特性要好一些，工作调制频率可达数十千赫至数兆赫。而硒光电池的频率特性较差，目前已经很少使用。2.光电池的基本特性（5）温度特性

光电池的光电压随温度变化有较大的变化，温度越高，电压越低，温度每升高1℃，电压下降2~3mv，而光电流随温度变化很小。当一起设备中的光电池作为检测元件时，应该考虑温度漂移的影响，要采用各种温度补偿措施。光电池在强光光照下性能比较稳定，但还与使用情况有关，应该考虑光电池的工作温度和散热措施。如果硒光电池的结温超过50℃，硅光电池的结温超过200℃，就要破坏它们的晶体结构，造成损坏。通常硅光电池使用的结温不允许超过125℃。3.光电池的应用光电池主要有两方面的应用：一是太阳能电池，二是光电转换器件。目前，光电池的应用范围进一步被扩展至机械仪表、自动化遥测、远程遥控等领域。此外，光电池还被应用在家庭生活当中，并且逐渐成为家用电器的“能源中心”。太阳能供电不受到季节、天气、白昼等因素影响，可以在晴天储备能量，并且每家每户都可以