光电二极管结构_光电二极管的作用_光电二极管应用

　　光电二极管（又称光敏二极管）是一种常用的光敏器件。和晶体二极管相识，光电二极管也是具有一个PN结的半导体器件，所不同的是光电二极管有一个透明的窗口，以便使光线能够照射到PN结上。

　　光电二极管结构

　　光电二极管的伏安特性

　　光电二极管是工作在光导模式的结型光伏探测器，它工作在第3 三象限，此时二极管上加反内电场增强，PN 结变宽，少子的漂流运动增强，多子的扩散运动减弱，扩散电流小向电压，于漂流电流，热平衡被打破，无光照时，光功率P=0，这时IS 就是PN 结的反向饱和电流;当有光辐射时，且入射光能量E 大于半导体的禁带宽度，光子被半导体吸收，从而产生电子-空穴对，入射光功率越大，产生的电子-空穴对越多，光生电流就越大，其伏安特性线如图2 所示。

　　

　　光电二极管的外部结构（如图3所示）

　　

　　当光照射时，光电二极管的L作原理与光电池的工L作原理（如图4 所示） 很相似当光不照射时，光电极管处于截止状态，只有少数载流子在反向偏压的作用下形成微小的反向电流，即暗电流。

　　光电二极管的作用

　　光电二极管的作用是进行光电BFQ591转换，在光控、红外遥控、光探测、光纤通信和光电耦合等方面有，“泛的应用。

　　光控

　　光电二极管可以用作光控开关，电路如图7-8所示。无光照时，光电二极管VD，因接反向电压而截止，晶体三极管VT．、VT2因无基极电流也截止，继电器处于释放状态。当有光线照射到光电二极管VD．时，VD．从截止转变为导通，使VTi、VT2相继导通，继电器K吸合，接通被控电路。

　　

　　光信号接收

　　光电二极管可以用作接收光信号。图7-9所示为光信号接收放大电路，光信号由光电二极管VD接收，经VT放大后通过耦合电容C输出。

　　

　　光转换

　　光电二极管可以用作红外光到可见光的转换，电路如图7-10所示，红外光信号由光电二极管VD．接收，经晶体三极管VT．、VT：放大后，驱动发光二极管VD：发出可见光。

　　光电二极管应用

　　光电池

　　光电池实质上是一个大面积的PN 结，当光照射到PN 结的一个面，例如P 型面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P 型区每吸收一个光子就产生- 一对自由电子和空穴，电子-空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。

　　如果这时，我们把它作为一个电源，接上外电路，只要保证有源源不断的光照，那么光电池就会源源不断的供电，这就是光电池。换句话说光电池是一种不需要加偏压的，能直接把光能转换成电能的PN 结的光电器件，按照光电池的用途可分为太阳能光电池（图6）和测量光电池（ 图7）。

　　

　　光电二极管和光电池的主要差别：用途不同。

　　光电池：用于能量转化，优点是可以提高转化率。

　　光电二极管：用于探测，优点是灵敏度高、响应快、高量子效率。

　　特性差异：

　　（1）响应范围要求不同。

　　（2） 响应时间不同。

　　（3） 工作模式不同。

　　

　　太阳能电池

　　太阳能电池简称太阳电池，如图8 所示，它是一种半导体器件，当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。这样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能，所以阳光照后，太阳电池两端会产生直流电压，从而将太阳光能直按转化为直流电流。若分别在P 型层和n 型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。

　　光伏发电照明系统

　　光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统，利用的是光生伏特效应。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，它分为独立发电系统和并网发电系统，与现有的主要发电方式相比较，光伏发电系统的特点有：工作点变化较快，这是由于光伏发电系统受光照、温度等外界环境因素的影响很大，它具有广阔的发展前景。

　　（1） 独立发电系统

　　独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要用蓄电池来存储夜晚用电的能量。独立太阳能光伏发电在民用范围内主要用于边远的乡村，家庭。

　　（2） 并网发电系统

　　并网太阳能光伏发电（如图9） 是指太阳能光伏发电连按到国家电网的发电的方式，成为电网的补充，典型特征为不需要蓄电池。民用太阳能光伏发电多以家庭为单位，商业用途主要为公共设施、夜景美化景观照明系统等的供电，工业用途如太阳能农场。