Фотоэлектрические (оптоэлектронные) приборы, страница 3

2)  Вольт- амперные характеристики фотоэлемента - это ветви ВАХ, облучаемого светом р- n  - перехода, расположенные в  четвертом квадранте -рис.6. Для большей наглядности они представлены на рис. 11 ,б отдельно.

Рис. 11.

Точки пересечения ВАХ с осью напряжений  соответствуют режиму , при котором , а с осью токов (U=0) - режиму К3(RH=0), при котором .

ВАХ позволяет выбирать оптимальный режим работы ФЭ, т.е. оптимальное значение RH, которому соответствует наибольшая площадь прямоугольника с вершиной на ВАХ при данном значении светового потока Ф. Для кремниевых фотоэлементов при оптимальной нагрузке UФ=(0,35...0,4)В, а плотность тока (15...20)мА/см2.

3)    Спектральные    характеристики    фотоэлемента    представлены    на ряс. 10.11,в. Максимум спектральной характеристики кремниевых фотоэлементов почти совпадает с максимумом спектрального распределения солнечного света, именно поэтому кремниевые фотоэлементы широко используются в солнечных батареях.

4)  Важнейшим параметром полупроводниковых фотоэлементов является КПД, представляющий собой отношение максимальной мощности электроэнергии, получаемой от фотоэлемента, к полной мощности лучевого потока РЛ, падающего на его рабочую поверхность .

КПД кремниевых фотоэлементов не превышает 12%, однако он может быть существенно повышен, если применять в качестве исходных полупроводники с большой шириной запрещенной зоны (теллурид кадмия, арсенид галлия и др.)

Совокупность последовательно и параллельно электрически соединенных фотоэлементов образует солнечную батарею, напряжение которой измеряется сотнями вольт, а удельная мощность - сотнями и более Вт/кг.

Кроме солнечных батарей фотоэлементы находят практическое применение в фотоэкспонометрах, а также в фотоэлектрических и релейных схемах.

Фототранзисторы

Фототранзисторы (ФТР)- это фотогальванические приемники светового излучения, обеспечивающие преобразование световой энергии в электрический ток и усиление его.Структура и схема включения. ФТР имеют структуру биполярного или полевого транзистора с окном для освещения базы или затвора (n - канала). Биполярный ФТР включают по схеме с ОЭ со свободной (оборванной) базой ( рис. 12, а).Работу ФТР рассмотрим, пользуясь рис.12,в, на котором представлен фототранзистор типа p-n-p и действующее в нем электрическое поле EКЭ смещающее ЭП в прямом, а КП - в обратом направлении. При отсутствии освещения ФТР ведет себя как обычный БПТ в СОЭ при : через него протекает сквозной ток  - рис.12,в.

Рис. 12.

При облучении базы светом в ней генерируются электронно-дырочные пары. Неосновные НЗ (в данном случае дырки) диффундируют к КП и экстрагируют через него под действием поля, создавая фотопоток  . Основные НЗ (в данном случае электроны) остаются в базе и снижают ее потенциал (повышают ее отрицательный потенциал относительно эмиттера). Вследствие этого снижается потенциальный барьер ЭП и увеличивается инжекция дырок из эмиттера в базу. Эти дырки диффундируют через базу к КП и втягиваются его полем в коллектор, создавая дополнительный ток .

Таким образом, ток , Он создается:

-  дырками, образованными в базе в результате генерации электронно - дырочных пар под воздействием света (как в фотодиоде);

- дырками, инжектированными из эмиттера в базу из-за снижения потенциального барьера ЭП электронами, возникающими в базе при генерации электронно-дырочных пар под воздействием света.

Часть тока , создаваемая инжектированными из эмиттера в базу дырками, многократно превышает ту часть тока , которая создается оптически генерируемыми дырками (). Именно в этом и состоит сущность усиления фототока.

Токи   и  имеют одинаковое направление, поэтому они суммируются, вследствие чего суммарный обратный ток через КП будет равен:

Так как ФТр включен по СОЭ при оборванной базе, то

Первое слагаемое - неуправляемый (темновой) ток, а второе - управляемый световым потоком ток - . В управляемой части тока Iк сомножитель   представляет собой интегральную чувствительность, которая в  раз выше, чем у ФД:

Реально она достигает 0,5 А/лм и более. В этом главное достоинство фототранзисторов. Недостатками их являются низкая термостабильность и большие собственные шумы.

Спектральные и световые характеристики аналогичны подобным характеристикам фотодиода. Вольт- амперные (выходные) характеристики (рис.13) имеют такой же вид, как у обычного БПГ в СОЭ, с той лишь разницей, что в качестве параметра используется не ток Iб, а световой поток Ф.

Рис.13.

Параметры ФТР: интегральная чувствительность, рабочее напряжение Uкэ -(10..15В), темновой ток (до сотен мкА), рабочий ток (десятки мА), допустимая мощность рассеяния (десятки МВт), граничная частота.