光电池

光电池

光电池是一种利用光生伏特效应将光能直接转换为电能的光电器件，也称太阳能电池。它实质上是一个电压源，当PN结受光照时产生光生电动势或光电流。

工作原理

光电池的核心是一个PN结。以硅光电池为例，在N型硅片上扩散P型杂质形成PN结。当入射光照射PN结时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则在PN结附近激发出电子-空穴对。在PN结内电场（方向由N区指向P区）的作用下，N型区的光生空穴被拉向P型区，P型区的光生电子被拉向N型区，使P型区带正电、N型区带负电，产生电位差。外电路接通时，电流从P型区经外电路流向N型区。

种类

常见光电池包括硅光电池、硒光电池、锗光电池、砷化镓光电池、氧化亚铜光电池等。其中硅光电池应用最广，硒光电池常用于分析仪器和测量仪表。

主要特性

光谱特性

• 硅光电池：光谱响应波长范围0.4~1.2μm，峰值在0.8μm附近
• 硒光电池：光谱响应波长范围0.38~0.75μm，峰值在0.5μm附近，在可见光范围灵敏度高

光照特性

• 短路电流在很大范围内与光照强度成线性关系
• 开路电压与光照强度成非线性关系，在2000 lx照度时趋于饱和
• 工程要点：作为测量元件时应作为电流源使用，使其接近短路工作状态。负载电阻越小，线性关系越好，线性范围越宽

频率特性

• PN结面积大、极间电容大，频率特性较差
• 硅光电池优于硒光电池

温度特性

• 开路电压随温度升高快速下降
• 短路电流随温度升高增加
• 均与温度成线性关系
• 作为测量元件时需保证温度恒定或采取温度补偿措施

应用

• 太阳能电池（人造卫星、宇宙飞船）
• 自动检测和测试系统
• 分析仪器和测量仪表
• 高速计算器（硅光电池）