.

Фотодиоды

Фотодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, в которых используется зависимость обратного тока от светового потока. 

 Такой режим работы называется фотодиодным (рис.6.9).
Вольт-амперные характеристики для фотодиодного режима приведены на рис.6.10. 
Рис.6.9. Схема включения фотодиода для работы в фотодиодном режиме 

Рис.6.10. Вольт-амперные характеристики фотодиода для фотодиодного режима 

Если светового потока нет, то через фотодиод протекает начальный ток I0, который называют темновым. Под действием светового потока ток в диоде возрастает и характеристика располагается выше. Чем больше световой поток, тем больше ток. Повышение обратного напряжения на диоде незначительно увеличивает ток. При некотором напряжении возникает электрический пробой (штриховые участки характеристик). Энергетические характеристики фотодиода линейны и мало зависят от напряжения (рис.6.11).
Интегральная чувствительность фотодиода обычно составляет десятки миллиампер на люмен. Инерционность фотодиодов невелика, они могут работать на частотах до сотен мегагерц.
Рис.6.11. Энергетические характеристики фотодиода 
Фотодиоды, работающие в режиме фотогенератора (фотогальванический режим), служат для преобразования энергии излучения в электрическую энергию. По существу, они представляют собой фотодиоды, работающие без источника внешнего напряжения и создающие собственную ЭДС под действие излучения. Схема включения диода в фотогенераторном режиме и зависимость фото-ЭДС от светового потока приведены на рис.6.12, 6.13.

Рис.6.12. Схема включения диода в фотогенераторном режиме 
Рис.6.13. Зависимость фото-ЭДС от светового потока
 
При облучении фотодиода на его выводах возникает разность потенциалов, которую называют фото-ЭДС. С увеличением светового потока фото-ЭДС растет по нелинейному закону, ее значение может достигать нескольких десятых долей вольта.
В настоящее время важное значение имеют кремниевые фотоэлементы, используемые в качестве солнечных преобразователей. Они преобразуют энергию солнечных лучей в электрическую, и ЭДС их достигает 0.5 В. Из таких элементов путем последовательного и параллельного соединения создаются солнечные батареи, которые обладают сравнительно высоким КПД (до 20%) и могут развивать мощность до нескольких киловатт. Пока энергия, вырабатываемая солнечными элементами, примерно в 50 раз дороже энергии, получаемой из угля, нефти или урана. Ожидается, что эта величина будет снижаться.
Солнечные батареи из кремниевых фотодиодов – это основные источники питания на искусственных спутниках Земли, космических кораблях, автоматических метеостанциях и др. В южных странах солнечные батареи повсеместно используются для генерации электроэнергии для бытовых нужд. Практическое применение солнечных батарей непрерывно расширяется.