硅光电池是什么_硅光电池的结构及工作原理

硅光电池是什么

硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的pN结，把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回路，当二极管的管芯（pN结）受到光照时，你就会看到微安表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。硅光电池的pN结面积要比二极管的pN结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。

利用硅片制成ＰＮ结，在Ｐ型层上贴一栅形电极，Ｎ型层上镀背电极作为负极。电池表面有一层增透膜，以减少光的反射。由于多数载流子的扩散，在Ｎ型与Ｐ型层间形成阻挡层，有一由Ｎ型层指向Ｐ型层的电场阻止多数载流子的扩散，但是这个电场却能帮助少数载流子通过。当有光照射时，半导体内产生正负电子对，这样Ｐ型层中的电子扩散到ＰＮ结附近被电场拉向Ｎ型层，Ｎ型层中的空穴扩散到ＰＮ结附近被阻挡层拉向Ｐ区，因此正负电极间产生电流；如停止光照，则少数载流子没有来源，电流就会停止。硅光电池的光谱灵敏度最大值在可见光红光附近（８００ｎｍ），截止波长为１１００ｎｍ。图２表示硅光电池灵敏度的相对值。

图１硅光电池构造

图2硅光电池的光谱灵敏度

使用时注意，硅光电池质脆，不可用力按压。不要拉动电极引线，以免脱落。电池表面勿用手摸。如需清理表面，可用软毛刷或酒精棉，防止损伤增透膜。

硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件，其结构如图所示。它实质上是一个大面积的半导体pN结。硅光电池的基体材料为一薄片p型单晶硅，其厚度在0.44mm以栅状电极下，在它的表面上利用热扩散法生成一层N型受光层，基体和受光层的交接处形成pN结。在N型受光层上制作有栅状负电极，另外在受光面上还均匀覆盖有抗反射膜，它是一层很薄的天蓝色一氧化硅膜，可以使电池对有效人射光的吸收率达到90%以上，并使硅光电池的短路电流增加25%-30%。

硅光电池结构示意图

以硅材料为基体的硅光电池，可以使用单晶硅、多晶硅、非晶硅来制造。单晶硅光电池是目前应用最广的一种，它有2CR和2DR两种类型，其中2CR型硅光电池采用N型单晶硅制造，2DR型硅光电池刚采用p型单晶硅制造。

硅光电池的工作原理是光生伏特效应。当光照射在硅光电池的pN结区时，会在半导体中激发出光生电子一空穴对。pN结两边的光生电子一空穴对，在内电场的作用下，属于多数载流子的不能穿越阻挡层，而少数载流子却能穿越阻挡层。结果，p区的光生电子进入N区，N区的光生空穴进入p区，使每个区中的光生电子一空穴对分割开来。光生电子在N区的集结使N区带负电，光生电子在p区的集结使p区带正电。p区和N区之间产生光生电动势。当硅光电池接人负载后，光电流从p区经负载流至NE，负载中即得到功率输出。

如图所示，用两个性能相近的硅光电池作光接受器件，当入射光通量相同时Vo=0，行机构按预定的方式工作。当光路系统略有偏差时，两个硅光电池接收到的光通量发生变化，此时Vo≠0，这一差动输出信号经过放大即可带动执行机构（例如微型电机）对系统状态进行纠正，直到Vo=0为止，从而达到跟踪的目的。