硒光电池

结构与材料

硒光电池属于光电池（光生伏特器件）的一种。其结构为：在铝片上涂覆硒（P型），再用溅射工艺在硒层上形成一层半透明的氧化镉（N型），正、反两面喷上低融合金作为电极。铝片兼作基底与背电极，半透明氧化镉层允许光线进入并作为受光面电极。

工作原理

光电池实质是一个电压源，利用光生伏特效应把光能直接转换成电能。当入射光照射到硒/氧化镉形成的PN结上时，若光子能量 $h{\nu }_0$ 大于半导体材料的禁带宽度 $E_g$（$h$ 为普朗克常量，${\nu }_0$ 为入射光频率，$E_g$ 为禁带宽度），则在PN结附近激发出电子-空穴对。在PN结内电场（方向由N区指向P区）作用下，N型区的光生空穴被拉向P型区，P型区的光生电子被拉向N型区，结果P型区带正电、N型区带负电，PN结产生电位差。对硒光电池而言，即镉材料带负电、硒材料带正电，形成电动势或光电流。若将PN结两端用导线连接，电路中就有电流流过，电流方向由P型区流经外电路至N型区；若外电路断开，可测出光生电动势。

光谱特性及与硅光电池的比较

光电池对不同波长的光灵敏度不同。硒光电池的光谱响应波长范围为0.38～0.75μm，峰值响应波长约在0.5μm附近；硅光电池的光谱响应波长范围为0.4～1.2μm，峰值约在0.8μm附近。相对而言，硅光电池的光谱响应范围更宽；硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，适宜测可见光。由于硒光电池的光谱特性与人眼视觉很相近，频谱较宽，所以在很多分析仪器、测量仪表中也常常用到。使用光电池时对光源应有所选择，以匹配其光谱响应峰值。

光照特性与使用方式

光电池在不同光照下，光电流和光生电动势不同，二者关系称为光照特性。短路电流（外接负载相对于内阻很小时的光电流）在很大范围内与光照强度成线性关系；开路电压（负载电阻无穷大时）与光照强度成非线性关系，随光照增强而增大并逐渐趋于饱和；饱和对应的照度阈值取决于器件材料、光谱、温度及工作条件，不能泛化为2000lx。因此光电池作为测量元件时通常作为电流源使用，使其接近短路工作状态，以利用短路电流与光照强度的线性关系；若需利用开路电压，则须经非线性标定，且不能无条件禁止电压读出。随着负载增加，硒光电池的负载电流与光照强度间的线性关系将变差；负载电阻越小，光电流与照度间的线性关系越好，线性范围也越宽。应用时所用负载电阻的大小应根据光照的具体情况决定。

频率特性

光电池的PN结面积大，极间电容大，因此频率特性较差。硅光电池有较好的频率特性和较高的频率响应，一般在高速计算器中采用；硒光电池的频率响应随入射光调制（变化）频率增加迅速下降，适用于较低调制频率的场合；此处频率指光强调制频率，不是光载波频率，光载波频率对应光谱响应。

温度特性与稳定性

半导体材料易受温度影响，直接影响光电流的值。光电池的温度特性描述开路电压和短路电流随温度变化的情况：开路电压随温度升高而快速下降，短路电流随温度升高而增加，在一定温度范围内二者都与温度成线性关系。温度对光电池工作影响较大，作为测量元件时最好保证温度恒定或采取温度补偿措施。当光电池密封良好、电极引线可靠且应用合理时，其性能相当稳定；硅光电池的性能比硒光电池更稳定。光电池的性能和寿命主要取决于材料及制造工艺以及使用环境条件。