硅光电池是一种直接把光能转化成电能的半导体器材。它的结构很简单，中心部分是一个大面积的PN 结，把一只通明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回路，当二极管的管芯（PN结）遭到光照时，你就会看到微安表的表针发作偏转，显现出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。硅光电池的PN结面积要比二极管的PN结大得多，所以遭到光照时发生的电动势和电流也大得多。
光敏传感器的根底是光电效应，即运用光子照耀在器材上，使电路中发生电流或使电导特性发作改动的效应。现在半导体光敏传感器在数码摄像、光通信、航天器、太阳能电池等范畴得到了广泛应用，在现代科技发展中起到了十分重要的效果。
动力–硅光电池串联或并联组成电池组与镍镉电池合作、可作为人造卫星、宇宙飞船、航标灯、无人气象站等设备的电源；也可做电子手表、电子计算器、小类型轿车、游艇等的电源。
光电检测器材–用作近红外探测器、光电读出、光电耦合、激光添加准直、电影还音等设备的光感受器。
硅光电池优质引荐OTRON品牌。
光电操控器材–用作光电开关等光电操控设备的转化器材。
1. 半导体PN结原理
现在半导体光电探测器在数码摄像、光通信、太阳电池等范畴得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个根本单元，深刻理解硅光电池的作业原理和详细运用特性能够进一步体会半导体PN结原理、光电效应理论和光伏电池发生机理。
图1是半导体PN结在零偏、正偏、反偏下的耗尽区。当P型和N型半导体资料结合时，即没有外加电压的零偏时（图1a），因为P型资料大都载流子为空穴（带正电荷，PosiTIve charge），而N型资料大都载流子为电子（带负电荷，NegaTIve charge），成果各自的大都载流子向对方分散，分散的成果使得电子与空穴在结合区复合，则两边的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，构成一个势垒（关于硅，约为0.7 V），由此而发生的内电场将阻挠分散运动的继续进行。当两者到达平衡时，在PN结两边构成一个耗尽区。耗尽区的特点是无自在载流子，出现高阻抗。当PN结反偏时（图1b），外加电场与内电场方向共同，耗尽区在外电场效果下变宽，使势垒加强，愈加不利于大都载流子的分散运动，但有利于因为温度效应被激起的少量载流子的漂移运动，导致极小的反向电流。若干反向电压满足大，则该反向电流将到达一个饱满电流IS（《1 μA）；当PN结正偏时（图1c），外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外电场效果下变窄，使势垒削弱。当外加电压大于敞开电压（关于硅，约为0.5 V），势垒将被消除，大都载流子的分散运动将继续进行，构成P→N方向的正向电流I，这便是PN结的单导游电性。
2. 发光二极管LED作业原理
当某些半导体资料构成的PN结加正向电压时，空穴与电子在PN结复合时将发生特定波长的光，发光的波长与半导体资料的能级空隙Eg有关。发光波长λP可由下式确认：
pg/hcE （1）
式中的h为普朗克常数，c为光速。在实践的半导体资猜中能级空隙Eg有一个宽度，因而发光二极管宣布光的波长不是单一的，其发光波长半宽度一般在25~40nm左右，随半导体资料的不同而有不同。发光二极管输出光功率P与驱动电流IL的联系由下式决议：
pL/pEIe （2）
式中η为发光功率，Ep是光子能量，e是电荷常数。
输出光功率与驱动电流呈线性联系，当电流较大时因为PN结不能及时散热，输出光功率可能会趋向饱满。本试验用一个驱动电流可调的赤色超高亮度发光二极管LED作为试验用光源，选用的发光二极管驱动和调制电路如图2所示，其间的信号调制选用光强度调制的办法，
发送光强度调理器用来调理流过LED的静态驱动电流，然后改动发光二极管的发射光功率。设定的静态驱动电流IL调理规模为0~20 mA，对应面板上的光发送强度驱动显现值VE为0~2000 mV（VE＝100IL，对应IL时，小数点在倒数第二位之前，单位为mA，即XX.XX mA）。正弦调制信号（频率f=1～1000 KHz）经电容、电阻网络及运放跟从阻隔后耦合到扩大环节，与发光二极管静态驱动电流迭加后使发光二极管发送随正弦波调制信号改动的光信号，如图3所示，改动的光信号可用于测定光电池的频率呼应特性。
3. 硅光电池SPC（Silicon Photocell）的作业原理
硅光电池是一个大面积的光电二极管（Photodiode），它被规划用于把入射到它外表的光能转化为电能，因而可用作光电探测器和光电池，被广泛用于太空和户外便携式仪器等的动力。
当半导体PN结处于零偏或反偏时，在它的结合面耗尽区存在一内电场。当有光照时，入射光子将把处于价带中的束缚电子激起到导带，激起出的电子-空穴对在内电场效果下别离漂移到N型区和P型区，构成一个正向光伏电压VP，可用作光电池SPC，对外输出电流。当在PN结两头加负载时就有一光生电流IP流过负载，方向是从P型区流入负载，然后流入光电二极管的N型区，与PN结的正导游通电流方向相反。所以，流过PN结两头的电流I可由式（3）确认：
其间IS为没有光照耀时的反向饱满电流，V为PN结两头电压，T为绝对温度，k为玻尔兹曼常数，IP为发生的光电流。室温300 K下，e/kT=26 mV。从式中能够看到，当光电二极管处于零偏时，V=0 V，流过PN结的电流I= –IP；当光电二极管处于反偏时（本试验取–5 V），流过PN结的电流I≡–IPS= –（ IP+IS）， 然后IS = IPS– IP。因而，当光电二极管光电池用作光电池时，光电二极管有必要处于零偏，而用作一般的光电转化器时，有必要处于零偏或反偏状况。
光电池SPC处于零偏或反偏状况时，发生的光电流IP与输入光功率Pi有以下联系：
式中R为呼应率，R值随入射光波长的不同而改动，对不同资料制造的光电池R值别离在短波长和长波利益存在一截止波长，在长波利益要求入射光子的能量大于资料的能级空隙Eg，以确保处于价带中的束缚电子得到满足的能量被激起到导带，关于硅光电池其长波截止波长为λT =1.1 μm，在短波利益也因为资料有较大紫外吸收系数使R值很小。
图4左部是光电信号接纳端的作业原理框图，光电池把接纳到的光信号转变为与之成正比的电流信号（μA级），再经电流电压转化器（I/V转化器）把光电信号转化成与之成正比的电压信号（mV级）。比较光电池零偏和反偏时的信号，就能够测定光电池的IS。当发送的光信号被正弦信号调制时，则光电池输出电压信号中将包括正弦信号，据此可通过示波器测定光电池的频率呼应特性。 4. 光电池的负载特性
光电池作为电池运用如图4右部所示。在内电场的效果下，入射光子因为内光电效应把处于价带中的束缚电子激起到导带，而发生光伏电压VP，在光电池两头加一个负载RL就会有电流流过，当负载电阻RL很大时，电压较大；当负载电阻RL很小时，电压较小。试验时可改动负载电阻RL的值来测定光电池的负载特性，从而能够得到光电池的伏安特性。
图4. 光电池光电信号接纳、特性测验框图（数字1~4别离表明需连线的4个试验序号）。
除示波器外，其它悉数器材在TKGD-1型硅光电池特性仪上
1. 硅光电池光伏电压与输入光信号联系特性测定
将功用转化开关打到“负载”处，将硅光电池输出端衔接稳定负载电阻RL（如取5K）和特性仪上的数字电压表，从19~1 mA调理发光二极管静态驱动电流（2 mA/步），试验测定光电池输出电压随输入光强度的联系（若IL＝19 mA时VP超量程，则恰当减小RL），记载数据，并制作VP–IL曲线。
2. 硅光电池负载特性测定
在硅光电池输入光强度不变时（取IL=10 mA），丈量当负载从1~10 K的规模内改动（1 KΩ/步）时，光电池的输出电压VP随负载电阻RL的改动联系，记载数据，求出对应的IP，并制作VP–RL和IP-VP曲线。
3. 硅光电池光电流与输入光信号联系特性测定
翻开特性仪电源，调理发光二极管静态驱动电流IL，其调理规模0~20 mA（相应于发光强度指示0~2000，详细数值对应IL＝XX.XX mA），将偏置电压切换别离打到零偏和反偏，将硅光电池输出端衔接到I/V转化器的输入端，将I/V转化器的输出端衔接到特性仪上的毫伏表（XXX.X mV， 本组转化器一般1 μA 光电流IP 转化为约2.5~5.0 mV的输出电压，因仪器详细情况有所区别）的输入端，别离测定光电池在零偏和反偏韶光电流I（IP和IPS）与输入光信号IL联系。记载数据（IL取整），并在同一张坐标纸上作图IP/IPS–IL，比较光电池在零偏和反偏时两条曲线联系，求出光电池的饱满电流IS的平均值。
4. 硅光电池的频率呼应特性测定
翻开信号发作器、双踪示波器电源，将功用转化开关打到“零偏”处，将硅光电池的输出衔接到I/V转化模块的输入端。令LED偏置电流为10 mA，在信号输入端加正弦调制信号，使LED发送调制光信号，坚持输入正弦信号的起伏（VPP=5 V）不变，调理信号发作器频率（1， 10， 20 KHz，然后20 KHz/步），用示波器观测并测定记载发送光信号的频率改动时，光电池输出信号起伏（沟通成份的峰－峰值） uPP （mV）的改动，测定光电池在零偏条件下的幅频特性，记载数据，制作幅频特性uP–f曲线，并估出其截止频率fT （10 KHz处起伏的70.7%，估量准确到10 KHz）。
