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医院科室排队叫号系统厂家半导体光伏型探测器件及其在安防中的应用

2023-10-21 10:37

半导体光伏型探测器件（PV器件）也称为结型器件，它是少数载流子导电的光生伏特效应器件，如光电池、光电二极管（或光敏二极管）与光电三极管（或光敏三极管）等。显然，它们与多数载流子导电的光电导型器件（PC器件）有很大差别，如响应速度快、线性好、暗电流小、噪声低、受温度影响小等是光电导型器件无法比拟的。两者的具体区别主要体现在如下6个方面。

（1）产生光电变换的部位不同。光敏电阻不管哪一部分受光，其受光部分的电导率就增大,是一种多数载流子的光电导效应；而结型器件，只有照射到PN结区或结区附近的光才能产生非平衡载流子，是一种少数载流子的光生伏特效应。光在其他部位产生的非平衡载流子，大部分在扩散中被复合掉，只有少部分通过结区，但又被结电场所分离，因此对光电流基本上没有贡献。

(2)器件连接不同。光敏电阻没有极性，因而使用方便，可任意外加电压；而结型光电器件则有确定的正负极性，不能接错，但光电池可在没有外加电压下也可把光信号转换成电信号。

(3)响应时间与频率特性不同。光敏电阻的光电导效应主要依赖于载流子的产生与复合运动，时间常数较大，频率响应较差；而结型器件的电场主要加在结区，其光电效应主要依赖于结区的非平衡载流子的运动，弛豫过程的时间常数相应较�。虼讼煊λ俣冉峡�。

(4)工作电流与灵敏度不同。光敏电阻有灵敏度高、工作电流大(达数mA)的特点；而结型器件一般较�。獾缛�、雪崩光电二极管等有较大的内增益作用，因此灵敏度也较高，也可以通过较大的电流。

(5)光谱响应与光电线性不同。光敏电阻有对微弱辐射的探测能力与光谱响应宽的特点。因为光敏电阻的光电特性不像光伏器件线性好而为非线性，但在很低照度下呈线性，且灵敏度高，因而有对微弱辐射的探测能力；并且光敏电阻的光谱响应比光伏器件宽，尤其在红外波段,如PbS光敏电阻的光谱响应范围为400-2800nm,因而常用于火点探测与火灾预/报警系统。

(6)应用场合不同。CdS光敏电阻的感光特性与人眼最接近，适于作照相机曝光表与空气烟尘检测器等可见光装置；光敏二极与三极管的最佳响应特性在近红外区，适于红外�？�、红外光束阻断报警器等装置。

光电池 1.光电池的结构原理与类型

光电池是一种最简单的光伏型器件，目前应用较多的有硒光电池、硅光电池、薄膜光电池、紫光电池和异质结光电池。硒光电池因光谱特性与人眼视觉很相近，频谱较宽，故多用于曝光表及照度计；硅光电池与其他半导体光电池相比，是目前转换效率最高的(已过17%)；薄膜光电池是把硫化镉等材料制成薄膜结构，以减轻质量、简化阵列结构，提高抗辐射能力和降低成本；紫光电池是把硅光电池的PN结减薄至结深为0.2?0.3μm,光谱响应峰值移到600nm左右，来提高短波响应，以适应外层空间使用：异质结光电池入射光几乎全透过宽带材料一侧,而在结区窄禁带材料中被吸收产生电子-空穴对，以提高入射光的收集效率，获得高于同质结硅光电池的转换效率，理论上最大可达30%。

图3-17 硅光电池结构示意图

光电池的原理是基于一个PN结的光生伏特效应，一般做成面积较大的薄片状，来接收更多的入射光。图3-17是硅光电池结构示意图，它是用单晶硅组成的。国产同质结硅光电池因衬底材料导电类型不同而分成2CR型与2DR型两类。2CR型硅光电池，是在一块以N型硅作衬底的硅片上，扩散P型杂质(如硼)，形成一个扩散P*N结，P型杂质为受光面;2DR型硅光电池，是在一块以P型硅作衬底的硅片上，扩散N型杂质(如磷)，形成一个扩散N+P结。一般，用做光电探测器的多为P+N型，即2CR型。N+P型硅光电池具有较强的抗辐射能力，适合空间应用，作为航天的太阳能电池，即2DR型。

2.光电池的特性参数

(1)输出特性。PN结光电池伏安特性曲线在无光照时与普通半导体二极管相同，有光照时沿电流轴方向平移。平移幅度与光照度成正比，如图3-18所示。曲线与电压轴的交点称为开路电压U°c,与电流轴的交点称为短路电流图3-19是光电池的等效电路。

图3-18 光电池伏安特性曲线图3-19 光电池等效电路

其伏安特性曲线方程为