硅光電池是什么
硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，核心部分是一個(gè)大面積的PN 結(jié)，把一只透明玻璃外殼的點(diǎn)接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路，當(dāng)二極管的管芯（PN結(jié)）受到光照時(shí)，你就會(huì)看到微安表的表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示出回路里有電流，這個(gè)現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。硅光電池的PN結(jié)面積要比二極管的PN結(jié)大得多，所以受到光照時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流也大得多。
硅光電池的結(jié)構(gòu)及工作原理
硅光電池的構(gòu)造
? ? ? ? 利用硅片制成ＰＮ結(jié)，在Ｐ型層上貼一柵形電極，Ｎ型層上鍍背電極作為負(fù)極。電池表面有一層增透膜，以減少光的反射。由于多數(shù)載流子的擴(kuò)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(chǎng)阻止多數(shù)載流子的擴(kuò)散，但是這個(gè)電場(chǎng)卻能幫助少數(shù)載流子通過(guò)。當(dāng)有光照射時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)，這樣Ｐ型層中的電子擴(kuò)散到ＰＮ結(jié)附近被電場(chǎng)拉向Ｎ型層，Ｎ型層中的空穴擴(kuò)散到ＰＮ結(jié)附近被阻擋層拉向Ｐ區(qū)，因此正負(fù)電極間產(chǎn)生電流；如停止光照，則少數(shù)載流子沒(méi)有來(lái)源，電流就會(huì)停止。硅光電池的光譜靈敏度最大值在可見(jiàn)光紅光附近（８００ｎｍ），截止波長(zhǎng)為１１００ｎｍ。圖２表示硅光電池靈敏度的相對(duì)值。
圖１ 硅光電池構(gòu)造
圖2? 硅光電池的光譜靈敏度
使用時(shí)注意，硅光電池質(zhì)脆，不可用力按壓。不要拉動(dòng)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。
硅光電池是一種能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件，其結(jié)構(gòu)如圖所示。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的半導(dǎo)體PN結(jié)。硅光電池的基體材料為一薄片P型單晶硅，其厚度在0.44mm以柵狀電極下，在它的表面上利用熱擴(kuò)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(jié)。在N型受光層上制作有柵狀負(fù)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(lán)色一氧化硅膜，可以使電池對(duì)有效人射光的吸收率達(dá)到90%以上，并使硅光電池的短路電流增加25%-30%。
硅光電池結(jié)構(gòu)示意圖
以硅材料為基體的硅光電池，可以使用單晶硅、多晶硅、非晶硅來(lái)制造。單晶硅光電池是目前應(yīng)用最廣的一種，它有2CR和2DR兩種類型，其中2CR型硅光電池采用N型單晶硅制造，2DR型硅光電池剛采用P型單晶硅制造。
硅光電池的工作原理是光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射在硅光電池的PN結(jié)區(qū)時(shí)，會(huì)在半導(dǎo)體中激發(fā)出光生電子一空穴對(duì)。PN結(jié)兩邊的光生電子一空穴對(duì)，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，屬于多數(shù)載流子的不能穿越阻擋層，而少數(shù)載流子卻能穿越阻擋層。結(jié)果，P區(qū)的光生電子進(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的光生空穴進(jìn)入p區(qū)，使每個(gè)區(qū)中的光生電子一空穴對(duì)分割開(kāi)來(lái)。光生電子在N區(qū)的集結(jié)使N區(qū)帶負(fù)電，光生電子在p區(qū)的集結(jié)使P區(qū)帶正電。P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)硅光電池接人負(fù)載后，光電流從P區(qū)經(jīng)負(fù)載流至NE，負(fù)載中即得到功率輸出。
硅光電池的電路分析
? 如圖所示，用兩個(gè)性能相近的硅光電池作光接受器件，當(dāng)入射光通量相同時(shí)Vo=0，行機(jī)構(gòu)按預(yù)定的方式工作。當(dāng)光路系統(tǒng)略有偏差時(shí)，兩個(gè)硅光電池接收到的光通量發(fā)生變化，此時(shí)Vo≠0，這一差動(dòng)輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大即可帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（例如微型電機(jī)）對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行糾正，直到Vo=0為止，從而達(dá)到跟蹤的目的。