ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2020
Просмотров: 165
Скачиваний: 2
Фототок прямо пропорционален концентрациям неравновесных носителей, генерируемых в единицу времени в области размером L+Lp+Ln, где L - толщина перехода; Lp- и Ln - диффузионная длина неосновных носителей. Эти концентрации прямо пропорциональны значению монохроматического светового потока. Поэтому световой поток и фототок связаны между собой линейной зависимостью.
При малых световых потоках Iф/Io<1. Разложив функцию (7) в ряд и отбросив члены малого порядка, получим Uxx = тIф/Io, т.е. напряжение холостого хода в этом случае пропорционально световому потоку. При больших световых потоках Iф/Io>>1. Единицей в соотношении (7) можно пренебречь по сравнению с отношением Iф/Io. Тогда с ростом светового потока напряжение холостого хода увеличивается по логарифмическому закону.
Энергетические диаграммы неосвещенного и освещенного электрического перехода приведены на Рис.3.а, б. Световой поток в разомкнутом р-n переходе смещает уровни Ферми в р- и n- областях на величину qUxx из-за повышения концентрации носителей за счет неравновесных носителей, и потенциальный барьер перехода снижается.
При замыкании освещенного р-n перехода во внешней цепи появляется фототок короткого замыкания:
Iф=Iкз=qSG(L+Lp+Ln), (8)
где S - площадь перехода; G - скорость генерации неравновесных носителей.
Если толщина перехода L значительно меньше диффузионной длины не- основных носителей Ln или Lp, то фототок Iкз = qGS(Ln+Lp). При коротком замыкании перехода (Рис.3.в) генерируемые светом носители создают ток Iкз во внешней цепи и не компенсируют заряд ионов около границ перехода, поэтому потенциальные барьеры освещенного и неосвещенного переходов совпадают по значению.
Подключение к освещенному переходу нагрузочного резистора Rн (Рис.3.г) уменьшает ток во внешней цепи, т.е. Iн<Iкз, значит, не все оптически генерируемые носители могут быть удалены из p- и n- областей этим током. Поэтому в переходе возникает фото ЭДС, значение которой меньше напряжения холостого хода. Фото ЭДС и напряжение на нагрузке должны быть одинаковы и равны Uн=IнRн, где при Ф=const ток во внешней цепи
Iн = Iф+Io-Iдф. (9)
В новом динамическом равновесии потенциальный барьер перехода снижается на Uн, и через переход протекает ток диффузии Iдф=Ioexp(Uн/т). Тогда из условия (9) следует, что Iф-Iн=Io[exp(Uн/т)-1], или
Uн=тln[1+(Iф-Iн)/Io]. (10)
Эта зависимость описывает ВАХ освещенного идеализированного р-n перехода. Семейство ВАХ р-n перехода со световым потоком в качестве параметра показано на Рис.4. С увеличением светового потока ВАХ идеализированного перехода смещается на величину Iф, пропорциональную потоку.
Фотоэлектрические приборы с р-n переходом могут работать в фотовентильном (квадрант IV плоскости I, U) и фотодиодном (квадрант III) режимах.
В приборах с фотовентильным режимом работы (фотоэлементах) возникает фото ЭДС и фотоэлемент становится источником электрической энергии. В приборах с фотодиодным режимом работы (фотодиодах) электрический переход смещается внешним напряжением в обратном направлении. Световой поток лишь увеличивает обратный ток перехода на величину фототока.
Рис. 3
Рис.4