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光电池对入射光的波长有什么要求?

钜大LARGE  |  点击量:3588次  |  2019年08月23日  

光电池是一种很重要的光电探测元件,它不需要外加电源而能直接把光能转换成电能.光电池的种类很多,常见的有硒,锗,硅,砷化镓等.其中最受重视的是硅光电池,因为它有一系列优点:性能稳定,光谱范围宽,频率特性好,转换效率高,能耐高温辐射等.同时,硅光电池的光谱灵敏度与人眼的灵敏度较为接近,所以很多分析仪器和测量仪器常用到它.


光电池对入射光的波长的要求


没有特殊要求,还要看光电池金属板的材料,一般要能在金属中打出电子的光才可以,这样的频率的光才对光电池有意义。


入射光的能量要大于逸出功,也就是波长要小于某个特定的值,这个值依照光电池材料。


光子能量公式E=hv中,一般频率高的能量比较大,所以以能在金属板上打出电子的前提下,波长越短越好的。

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你用测试什么颜色的光就用什么颜色的光电池


人眼视觉函数曲线是350-750nm,硅片接受的光谱是320-1100nm,峰值波长是850或者是940,硅片掺杂工艺不同。材料不同,峰值不同哦。还有750的。


单色的是红650nm绿520nm蓝350nm


举个例子,我用一个普通的硅光电池LXD55CE或者是LXD66MK的光电池,光谱是320-1100的,加一个视觉函数修正滤色片他的光谱就回事350-750,原因很简单,光源变了。它的接收带宽就窄了。


在光电转化效率上,自然光入射,若没有修正滤片,同等光照下,他的转换效率就比修正过的要高。

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原因有两点,


1.光谱不同光电转换效率不同。


2.光源强度不同,转换效率不同。


光电池是利用光电效应原理制成的器件,所以要使光电池能将太阳能转化成电能,入射光的波长要保证能使其发生光电效应,即,入射光波长对应的频率要大于发生光电效应的极限频率。


光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现,而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们在研究光电效应的过程中,物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解,这对波粒二象性概念的提出有重大影响。


光照射到金属上,引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应,又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。


按照粒子说,光是由一份一份不连续的光子组成,当某一光子照射到对光灵敏的金属(如硒)上时,它的能量可以被该金属中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量后,动能立刻增加;如果动能增大到足以克服原子核对它的引力,就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面,成为光电子,形成光电流。单位时间内,入射光子的数量愈大,飞逸出的光电子就愈多,光电流也就愈强,这种由光能变成电能自动放电的现象,就叫光电效应。


光生伏特效应


当用适当波长的光照射非均匀半导体(pN结等)时,由于内建场的作用(不加外电场),半导体内部结区两侧产生电动势(光生电压),如将pN结外部短路,则会出现电流(光生电流)。这种由于光照引起的物质内部的电场的变化也称光电效应,为了与引起光电子发射的光电效应有所区别,也叫内光电效应。在技术领域通常把上述现象称为光生伏特效应。


pN结的光生伏特效应


设入射光垂直pN结面。如结较浅,光子将进入pN结区,甚至更深入到半导体内部。能量大于禁带宽度的光子,由本征吸收在结的两边产生电子空穴对。在光激发下多数载流子浓度一般改变很小,而少数载流子浓度却变化很大,因此应主要研究光生少数载流子的运动。


由于pN结势垒区内存在较强的内建场(自N区指向p区),结两边的光生少数载流子受该场的作用,各自向相反方向运动:p区的电子穿过pN结进入N区;N区的空穴进入p区,使p端电势升高,N端电势降低,于是在pN结两端形成了光生电动势,这就是pN结的光生伏特效应。由于光照产生的载流子各自向相反方向运动,从而在pN结内部形成自N区向p区的光生电流IL见下图(b)。


由于光照在pN结两端产生光生电动势,相当于在pN结两端加正向电压V,使势垒降低为qVD-qV,产生正向电流IF。在pN结开路情况下,光生电流和正向电流相等时,pN结两端建立起稳定的电势差V0。(p区相对于N区是正的),这就是光电池的开路电压。如将pN结与外电路接通,只要光照不停止,就会有源源不断的电流通过电路,pN结起了电源的作用。这就是光电池(也称光电二极管)的基本原理。


金属-半导休形成的肖持基势垒层也能产生光生伏特效应(肖特基光电二极管),其电子过程和pN结相类似,不再赘述。


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