光伏探测器工作原理

一、热平衡下的p—n结

光伏探测器工作原理是：pn结中电子向P区，空穴向n区扩散，使p区带负电，n区带正电，形成由不能移动离子组成的空间电荷区（耗尽区），同时出现由耗尽层引起的内建电场，使少子漂移，并阻止电子和空穴继续扩散，达到平衡。在热平衡下，由于pn结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零。如果有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过pn结的电流方程为：

ID：流过PN结的电流

I0：PN结的反向饱和电流（暗电流）

V：加在PN结上的正向电压

二、光照下的p—n结

1、p-n结光电效应

当光照射p-n结时，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子——空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作用下运动；在开路状态，最后在n区边界积累光生电子，p区积累光生空穴，产生了一个与内建电场方向相反的光生电场，即p区和n区之间产生了光生电压Voc。

2、三种工作模式

（1）零偏置的光伏工作模式

若p-n结电路接负载电阻RL，如图，有光照射时，则在p-n结内出现两种相反的电流：

光激发产生的电子——空穴对，在内建电场作用下形成的光生电流Ip，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流I0相同；

光生电流流过负载产生电压降，相当于在p-n结施加正向偏置电压，从而产生电流ID。

流过负载的总电流是两者之差：

（2）反向偏置的光电导工作模式

无光照时电阻很大，电流很小；有光照时，电阻变小，电流变大，而且流过它的光电流随照度变化而变化。类似光电导器件。

（3）正向偏置的工作模式

呈单向导电性，和普通二极管一样，光电效应无法体现。

无光照时，伏安特性曲线与一般二极管的伏安特性曲线相同；受光照后，产生光电流，方向与I0相同，因此曲线将沿电流轴向下平移，平移的幅度与光照度的变化成正比。

第一象限：正向偏置工作模式，光电流不起作用，这一区域工作没有意义。

第三象限：反向偏置光电导工作模式，

第四象限：零偏压光伏工作模式。