矽光電池是什麼_矽光電池的結構及工作原理[朗讀]

矽光電池是什麼
矽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，把一隻透明玻璃外殼的點接觸型二極體與一塊微安表接成閉合迴路，當二極體的管芯（pn結）受到光照時，你就會看到微安表的錶針發生偏轉，顯示出迴路里有電流，這個現象稱為光生伏特效應。矽光電池的pn結面積要比二極體的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。
矽光電池的結構及工作原理矽光電池的構造
利用矽片製成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。由於多數載流子的擴散，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。矽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表示矽光電池靈敏度的相對值。
圖１矽光電池構造。
圖2矽光電池的光譜靈敏度。
使用時注意，矽光電池質脆，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。
矽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。矽光電池的基體材料為一薄片p型單晶矽，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型受光層上製作有柵狀負電極，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矽膜，可以使電池對有效人射光的吸收率達到90%以上，並使矽光電池的短路電流增加25%-30%。
矽光電池結構示意圖。
以矽材料為基體的矽光電池，可以使用單晶矽、多晶矽、非晶矽來製造。單晶矽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型矽光電池採用n型單晶矽製造，2dr型矽光電池剛採用p型單晶矽製造。
矽光電池的工作原理是光生伏特效應。當光照射在矽光電池的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，屬於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。當矽光電池接人負載後，光電流從p區經負載流至ne，負載中即得到功率輸出。
矽光電池的電路分析
如圖所示，用兩個性能相近的矽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，兩個矽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。