硅光电池：光照特性、频率响应和温度特性

常用的光电池有两种：一种是PN结型，如硅光电池、锗光电池等；另一种是金属-半导体接触型，如硒光电池、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉、砷化镓光电池等。其工作原理是基于光生伏特效应。它们当中最受重视的是硅光电池，因为它有一系列优点：性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、传递效率高、能耐高温辐射等。因此，下面着重介绍硅光电池。另外，由于硒光电池的光谱峰值位置在人眼的视觉范围，所以很多分析仪器，测量仪器亦常用到它。光电池的基本特征如下：

（1）光照特性。图5.2-7为硅光电池的光照特性曲线。短路电流是指负载电阻相对于光电池的内阻来讲是很小时的电流。负载电阻在100Ω以下，短路电流与光照Ee有比较好的线性关系，负载电阻过大，则线性变坏，这一点很重要。开路电压是指负载电阻远大于光电池的内阻时光电池两端的电压，它具有饱和特性。因此，把光电池作为敏感元件时，应该把它当作电流源的形式使用，即利用短路电流与光照度成线性的特点，这是光电池的主要优点之一。

图5.2-7　硅光电池的光照特性曲线

（2）光谱特性。图5.2-8为光电池的光谱特性曲线。从曲线上可以看出：不同材料的光电池的光谱峰值位置是不同的。例如硅光电池可在0.45μm左右范围内使用，而硒电池只能在0.34～0.57μm范围内应用。在实际使用中应根据光源性质来选择光电池，但要注意光电池的光谱峰值不仅与制造光电池的材料有关，同时也随使用温度而变。

（3）光电池的频率特性。图5.2-9示出光的调制频率f和光电池相对输出电流Ir的关系曲线。所谓相对输出电流Ir，是指高频时的输出电流与低频时的输出电流之比。可以看出，硅光电池具有较高的频率响应，而硒光电池较差。因此，在高速计数器，有声电影以及其它方面多采用硅光电池。(www.xing528.com)

图5.2-8　光电池的光谱特性曲线

图5.2-9　光电池的频率特性

（4）光电池的温度特性。光电池的温度特性是描述光电池的开路电压U、短路电流I随温度T变化的曲线。由于它关系到应用光电池设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等主要指标，因此，它是光电池的重要特性之一。从图5.2-10的光电池的温度特性曲线中可以看出，开路电压随温度增加而下降的速度较快，短路电流随温度上升而增加的速度却很缓慢。因此，当光电池作为敏感元件时，在自动检测系统设计时就应该考虑到温度的漂移，需采取相应措施进行补偿。