光电池(photovoltaic cell,注意photocell一般指光敏电阻),是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。它是能在光的照射下产生电动势的元件。用于光电转换、光电探测及光能利用等方面。接下来小编给大家介绍一下光电池的种类有哪些?以及光电传感器器件之光电池的结构原理。
1.光电池的种类有哪些?
1、氧化亚铜光电池
这是一种金属-半导体接触型光电池。它的光电灵敏度只有200 μA/1m。由于其光电灵敏度低,且频率响应和稳定性差,现已被硒光电池和硅光电池取代而很少使用。
2、硒光电池
硒光电池也是一种金属半导体接触型光电池,它的光电灵敏度可达到500 μA/1m,是氧化亚铜光电池的2-3倍。
3、硅光电池
硅光电池有两种类型,一是单晶型,二是多晶型。如多晶型薄膜硅太阳能电池,最大优点是多晶硅材料的价格便宜,且制作工艺简便,可以做成大面积。
4、硫化镉光电池
它也有单晶型和多晶型两种。单晶型硫化镉光电池和硅单晶型光电池相似。其主要优点是成本比硅光电池低,但稳定性不如硅电池。多晶型硫化镉光电池是一种异质结构的薄膜型光电池,电路电压0.45-0.50 V,短路电流有20 mA/cm2,光谱响应在3000-10500 A之间,转换效率可达到5%?6%。因为它的成本比各种光电池都低,且易做成大面积,所以这种电池虽不成熟,但已得到人们的重视。
5、砷化镓光电池
砷化镓有比硅更宽的禁带宽度,理论上可比硅电池有更高的转换效率。砷化镓单晶型光电池和硅单晶型结构相似,开路电压为0.84V,短路电流为13?15 mA/cm2,转换效率目前可达到13%左右。这种电池热稳定性较好,可工作在250℃的环境下。砷化镓也可制成薄膜型异质结光电池,但目前做到的转换效率还较低,不超过3%~4.5%。
综上所述:光电池的优点是能量自给,体积小,价格低廉,短路电流与照度成线性关系,光谱在人的视觉范围;缺点是受温度影响,输出电压不够高(硅光电池约为0.5 V),硅片脆弱不耐冲击。
2.光电传感器器件之光电池的结构原理
光电池也叫太阳能电池,直接把太阳光转变成电。因此光电池的特点是能够把地球从太阳辐射中吸收的大量光能转化换成电能。是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。光电池的种类很多,常用有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。主要用于仪表,自动化遥测和遥控方面。有的光电池可以直接把太阳能转变为电能,这种光电池又叫太阳能电池。太阳能电池作为能源广泛应用在人造地球卫星、灯塔、无人气象站等处。
光伏发电是利用半导体pn结(pn junction)的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池(solar cell)。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件(module),再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。光伏发电是根据光生伏特效应原理, 当P-N结受光照时,样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴,N区产生的光生电子属多子,都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对(少子)扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区,光生空穴被拉向P区,即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累,在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场,其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低,其减小量即光生电势差,P端正,N端负。于是有结电流由P区流向N区,其方向与光电流相反。如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线,接通负载,则外电路便有电流通过,如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能产生一定的电压和电流,输出功率。