Основы полупроводниковой электроники. Яровой Г.П - 73 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СГАУ | Самара

Составители: 

Рубрика: 

145
Явление изменения силы тока во внешней цепи или на-
пряжения на нагрузном сопротивлении R при освещении p–
n-перехода используют для регистрации и измерении мощно-
сти светового излучения. Приборы, использующие этот
принцип, выполняют роль фотоприемников. Режим работы
диода, при котором на него подается отрицательное смеще-
ние и оно остается отрицательным при освещении диода, на-
зывают фотодиодным. Если же фотоприемник используется
без внешнего смещения, то говорят о его работе в режиме фо-
тоэлемента.
Некоторые p–n-переходы не могут работать при сколько-
нибудь существенном обратном смещении, и их используют
только как фотоэлементы (селеновые и др.)
Возникновение в освещенном p–n-переходе фотоэдс, а во
внешней цепи электрического тока позволяет осуществить с
помощью фотоэлемента прямое преобразование световой
энергии в электрическую. Такой принцип лежит в основе уст-
ройства солнечных батарей, используемых для питания
космической и бортовой радиоаппаратуры, и в наземных
энергетических установках. Мощность, которую можно снять
с фотоэлемента, составляет
фV
IVW = .
Она зависит от нагрузочного сопротивления
н
R и при не-
котором его значении достигает максимального значения.
Отношение этой мощности к мощности падающего излуче-
ния представляет собой КПД преобразователя. КПД зависит
от степени перекрытия области спектральной чувствительно-
сти фотоэлемента и спектра солнечного света, от внутреннего
сопротивления фотоэлемента и других факторов. Световая
характеристика фотоэлемента, выражающая зависимость си-
лы тока в цепи от мощности светового потока и др., в общем
случае нелинейна.
Основными полупроводниковыми материалами, приме-
няемыми промышленностью для изготовления солнечных ба-
тарей, являются в настоящее время кремний и арсенид гал-
146
лия. Расчет показывает, что предельный КПД кремниевых
преобразователей должен быть равен ~20%, практически
достигнут КПД ≈ 19%.
Фотоэлемент с p–n-переходом применяют также в каче-
стве чувствительных элементов датчиков, реагирующих на
изменение интенсивности светового потока. Интегральная
чувствительность их примерно на 2-3 порядка выше, чем у
элементов с фоторезисторами. Для ее повышения фотоэле-
менты конструируют так, чтобы возможно большее число
носителей, возникающих при освещении, достигло p–n-
перехода. С этой целью базу элемента делают как можно
тоньше, а полупроводниковый материал выбирают с возмож-
но большей диффузионной длиной носителей L , чтобы вы-
полнялось соотношение Lx << .
Основным недостатком вентильных фотоэлементов явля-
ется относительно большая инерционность. Это ограничивает
область применения таких элементов в качестве датчиков
световых потоков, модулированных высокой частотой.
При фотодиодном решении работы фотоприемника на
диод подают обратное смещение V . В этом случае при осве-
щении диода его обратная ветвь опускается вниз на
ф
I , как
показано на рис. 9.3, б, и на нагрузочном сопротивлении
н
R
появляется сигнал
нф
RIV ⋅=∆ , который и регистрируется. В
отличие от фотоэлемента, фотодиод имеет линейную свето-
вую характеристику и, как правило, обладает более высокими
частотными свойствами. У современных фотодиодов быстро-
действие доведено до ~10
-9
c.

Страницы