光電二極管（又稱光敏二極管）是一種常用的光敏器件。和晶體二極管相識(shí)，光電二極管也是具有一個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，所不同的是光電二極管有一個(gè)透明的窗口，以便使光線能夠照射到PN結(jié)上。

　　光電二極管結(jié)構(gòu)

　　光電二極管的伏安特性

　　光電二極管是工作在光導(dǎo)模式的結(jié)型光伏探測(cè)器，它工作在第3 三象限，此時(shí)二極管上加反內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，PN 結(jié)變寬，少子的漂流運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱，擴(kuò)散電流小向電壓，于漂流電流，熱平衡被打破，無(wú)光照時(shí)，光功率P=0，這時(shí)IS 就是PN 結(jié)的反向飽和電流;當(dāng)有光輻射時(shí)，且入射光能量E 大于半導(dǎo)體的禁帶寬度，光子被半導(dǎo)體吸收，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，入射光功率越大，產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)越多，光生電流就越大，其伏安特性線如圖2 所示。

　　光電二極管的外部結(jié)構(gòu)（如圖3所示）

　　當(dāng)光照射時(shí)，光電二極管的L作原理與光電池的工L作原理（如圖4 所示） 很相似當(dāng)光不照射時(shí)，光電極管處于截止?fàn)顟B(tài)，只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下形成微小的反向電流，即暗電流。

　　光電二極管的作用

　　光電二極管的作用是進(jìn)行光電BFQ591轉(zhuǎn)換，在光控、紅外遙控、光探測(cè)、光纖通信和光電耦合等方面有，“泛的應(yīng)用。

　　光控

　　光電二極管可以用作光控開(kāi)關(guān)，電路如圖7-8所示。無(wú)光照時(shí)，光電二極管VD，因接反向電壓而截止，晶體三極管VT．、VT2因無(wú)基極電流也截止，繼電器處于釋放狀態(tài)。當(dāng)有光線照射到光電二極管VD．時(shí)，VD．從截止轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，使VTi、VT2相繼導(dǎo)通，繼電器K吸合，接通被控電路。

　　光信號(hào)接收

　　光電二極管可以用作接收光信號(hào)。圖7-9所示為光信號(hào)接收放大電路，光信號(hào)由光電二極管VD接收，經(jīng)VT放大后通過(guò)耦合電容C輸出。

　　光轉(zhuǎn)換

　　光電二極管可以用作紅外光到可見(jiàn)光的轉(zhuǎn)換，電路如圖7-10所示，紅外光信號(hào)由光電二極管VD．接收，經(jīng)晶體三極管VT．、VT：放大后，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管VD：發(fā)出可見(jiàn)光。

　　光電二極管應(yīng)用

　　光電池

　　光電池實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的PN 結(jié)，當(dāng)光照射到PN 結(jié)的一個(gè)面，例如P 型面時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P 型區(qū)每吸收一個(gè)光子就產(chǎn)生- 一對(duì)自由電子和空穴，電子-空穴對(duì)從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)。

　　如果這時(shí)，我們把它作為一個(gè)電源，接上外電路，只要保證有源源不斷的光照，那么光電池就會(huì)源源不斷的供電，這就是光電池。換句話說(shuō)光電池是一種不需要加偏壓的，能直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的PN 結(jié)的光電器件，按照光電池的用途可分為太陽(yáng)能光電池（圖6）和測(cè)量光電池（ 圖7）。

　　光電二極管和光電池的主要差別：用途不同。

　　光電池：用于能量轉(zhuǎn)化，優(yōu)點(diǎn)是可以提高轉(zhuǎn)化率。

　　光電二極管：用于探測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)快、高量子效率。

　　特性差異：

　　（1）響應(yīng)范圍要求不同。

　　（2） 響應(yīng)時(shí)間不同。

　　（3） 工作模式不同。

　　太陽(yáng)能電池

　　太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)稱太陽(yáng)電池，如圖8 所示，它是一種半導(dǎo)體器件，當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過(guò)。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽躁?yáng)光照后，太陽(yáng)電池兩端會(huì)產(chǎn)生直流電壓，從而將太陽(yáng)光能直按轉(zhuǎn)化為直流電流。若分別在P 型層和n 型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過(guò)。如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。

　　光伏發(fā)電照明系統(tǒng)

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，利用的是光生伏特效應(yīng)。它的主要部件是太陽(yáng)能電池、蓄電池、控制器和逆變器。其特點(diǎn)是可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、能獨(dú)立發(fā)電又能并網(wǎng)運(yùn)行，它分為獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，與現(xiàn)有的主要發(fā)電方式相比較，光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)有：工作點(diǎn)變化較快，這是由于光伏發(fā)電系統(tǒng)受光照、溫度等外界環(huán)境因素的影響很大，它具有廣闊的發(fā)展前景。

　　（1） 獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)

　　獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式，典型特征為需要用蓄電池來(lái)存儲(chǔ)夜晚用電的能量。獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，家庭。

　　（2） 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

　　并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電（如圖9） 是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電連按到國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)的補(bǔ)充，典型特征為不需要蓄電池。民用太陽(yáng)能光伏發(fā)電多以家庭為單位，商業(yè)用途主要為公共設(shè)施、夜景美化景觀照明系統(tǒng)等的供電，工業(yè)用途如太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)。