第四章习题答案

第四章答案

1、p-n 结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。p-n 结必须在零偏和反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n 结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。

2、因为半导体PN 结中的电子和空穴的数量是一定的，即使增大光强，也不能产生更多的电子和空穴，所以硅光电池的开路电压不再随入射照度的增大而增大；温度上升，硅光电池的光谱响应向长波方向移动，影响电子和空穴的产生和复合，开路电压下降；因为硅光电池有一个很小的内阻，要分压，所以在相同照度下，其开路电压总大于其有效输出电压；硅光电池的额最大开路电压为：Uoc 一般为0.45~0.6V ，最大不超过0.756V ，因为Uoc 不能超过PN 结热平衡时的接触电动势差或内建电势U D 。

3、不同光照下开路电压不同，分别为：300ln 50ln q

KT q KT 和

4、硅光电池的内阻与材料、光照和受光面积以及温度等因素都有关；当外接负载等于最佳负载时，光电池输出功率最大，不同的光照最佳负载不同，基本上位于不同光照下的伏安特性曲线的拐弯点与坐标原点的连线。

5、硅光电池的工作原理和等效电路为下图：

（a ）光电池工作原理图 （b ）光电池等效电路图 （c ）进一步简化

从图（b ）中可以得到流过负载R L 的电流方程为：

)1()1(/0/0--=--==KT qV s E KT qV s p D p e I E S e I I I I I －

其中，S E 为光电池的光电灵敏度，E 为入射光照度，I s0是反向饱和电流，是光电

池加反向偏压后出现的暗电流。

当I L ＝0时，R L ＝∞（开路），此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池

开路时两端的开路电压，以V OC 表示，由式（1）解得：

???

? ??+=1ln 0I I q kT U p OC

当Ip 》Io 时，)/ln()/(0I I q kT U p OC ≈

当R L ＝0（即特性曲线与电流轴的交点）时所得的电流称为光电流短路电流，

以Isc 表示，所以

Isc ＝I p ＝Se ·E

从上两式可知，光电池的短路光电流Isc 与入射光照度成正比，而开路电压Uoc 与光照度的对数成正比。

6、无光照流过PN 结的电流方程：

)1(/0-=K T qU s d e I I

有光照反偏压流过PN 结的电流方程：

I=I s0(e qU/KT -1)- I p

7、无光照时，伏安特性曲线与一般二极管的伏安特性曲线相同；受光照后，光生电子空穴对在电场作用下形成大于反向饱和电流I S0的光电流，并且方向与I S0相同，因此曲线将沿电流轴向下平移，平移的幅度与光照度的变化成正比，即I p ＝Se ·E ，当PN 结加有反偏压时，暗电流随反向偏压的增大有所增大，最后等

于反向饱和电流I S0，而光电流I p 几乎与反向电压的高低无关。

8、PN 结的势垒电容对光伏特器件的频率特性有着决定性的影响，而结电容与器件的光敏面积成正比，与PN 结两端反向电压的平方根成反比。

硅光电二极管的时间常数一般在0.1μm，所以其最高工作频率小于等于107Hz 要改善光伏器件的频率响应，主要是减小响应时间，所以采取的措施主要有： ①减小负载电阻；②减小光伏特器件中的结电容，即减小光伏器件的受光面积；③适当增加工作电压。

9、响应时间主要受光电导器件中载流子的平均寿命τ有关，减小τ，则频率响应提高；其次，光电导器件的响应时间与运用状态也有关，例如，光照强度和温度的变化，因为它们都影响载流子的寿命。

光伏特器件的工作频率高于光电导器件。

在实际使用时，要在低照度和低温环境下使用光电导器件。