光伏电池测光电路

光伏电池作为测光器件的电路地位

光电池（光伏电池）在有光照时实质上是电源，其核心是一个大面积的 PN 结。光照使 PN 结两端产生光生电动势，P 区为正、N 区为负。因此，用光电池测光时，电路中不需要外加电源，只需在 PN 结两端接入负载，由负载上的电压或流过负载的电流反映光照强弱。

两种基本输出方式

• 电流输出：将光电池两端经负载电阻 $R_L$ 连接，测量流过负载的电流 $I$。该电流由 P 区经外电路流向 N 区。
• 电压输出：测量负载电阻两端的电压 $U=I{R}_L$，或直接测量光电池两端的开路电压（光生电动势）。

短路电流与开路电压的光照特性

光电池的光照特性表现为：不同照度下，光电流和光生电动势不同。

• 短路电流：当外接负载相对于光电池内阻很小时，光电池接近短路工作状态，此时流过负载的电流近似为短路电流。在固定光谱、固定温度且光电池处于线性区的条件下，短路电流随照度近似线性上升；照度为视觉加权量，光谱变化（尤其含红外成分变化）时不能普遍直接用照度代表光生电流对应的输入功率。
• 开路电压：光电池两端断开时测得的电压为开路电压（光生电动势）。开路电压随照度上升较快，但随后趋于饱和。

负载对线性测光的影响

测光时希望输出量与照度成线性关系。光电池的线性程度取决于负载电阻的大小：

• 负载电阻越小，光电池工作点越接近短路区，光电流与照度之间的线性关系越好，线性范围越宽。
• 负载电阻增大，光电池逐渐偏离短路状态，光电流随照度的线性逐渐变坏。

因此，采用电流输出方式测光时，应使负载电阻相对于光电池内阻足够小，以保持在接近短路的区域工作。若需要电压输出，则负载上的电压由 $U=I{R}_L$ 决定，但 $R_L$ 增大会牺牲线性。

符号与单位

• 照度：符号 $E$，单位勒克斯（lx）。
• 光生电流（短路电流）：符号 $I$，单位安培（A）或毫安（mA）。
• 光生电压（开路电压）：符号 $U$，单位伏特（V）。
• 负载电阻：符号 $R_L$，单位欧姆（Ω）。

适用范围

上述线性关系结论适用于以光电池作为测光器件、且负载电阻相对于光电池内阻很小的电流输出情形。负载较大时，线性变差，不宜直接按线性关系由电流推算照度。