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光电传感技术的应用与发展论文
1绪论
光电传感器最根本的原理是光电效应,光电效应又分为外光电效应和内光电效应外光电效应:
在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。
在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。
内光电效应又可分为以下两类:
（1）光电导效应。
在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度,就激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。
光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。
（2）光生伏特效应。
在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。
基于该效应的光电器件有光电池。
常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。
利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计,光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。
光电传感器特点有:
（1）检测距离长。
如果在对射型中保留10m以上的检测距离等,便能实现其他检测手段（磁性、超声波等）无法离检测。
（2）对检测物体的限制很少。
由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理,所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属,它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。
（3）响应时间短。
光本身为高速,并且传感器的电路都由电子零件构成,所以不包含机械性工作时间,响应时间非常短。
（4）分辨率高。
能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点,或通过构成特殊的受光光学系统,来实现高分辨率。
也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。
（5）可实现非接触的检测。
可以无须机械性地接触检测物体实现检测,因此不会对检测物体和传感器造成损伤。
因此,传感器能长期使用。
（6）可实现颜色判别。
通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。
利用这种性质,可对检测物体的颜色进行检测。
（7）便于调整。
在投射可视光的类型中,投光光束是眼睛可见的,便于对检测物体的位置进行调整。
2光电传感器的基本知识
2.1光电效应
光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。
这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。
金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。
光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。
临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。
还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。
可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。
正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位（即光子或光量子）所组成。
这种解释为爱因斯坦所提出。
光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用，在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应（Photoelectriceffect）。
光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。
前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。
后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
光电效应里，电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关，光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响.
2.2光电传感器的构成
光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：
发送器，接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
接收器有光电二极管或光电三极管组成。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。
三角反射板是结构牢固的反射装置。
它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。
它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。
光纤（又称光导纤维LWL），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌装式收发装置。
它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。
它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。
2.3光电传感器的工作原理
光敏二极管是最常见的光传感器。
光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（＜µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。
在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。
光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。
光电传感器光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。
光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。
为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。
工作时集电结反偏，发射结正偏。
在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电传感器光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
3光电管
3.1真空光电管
光电管（phototube）基于外光电效应的基本光电转换器件。
光电管可使光信号转换成电信号。
光电管分为真空光电管和充气光电管两种。
光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料作为阴极，球心放置小球形或小环形金属作为阳极。
若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。
光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，可增加光电管的灵敏度。
用作光电阴极的金属有碱金属、汞、金、银等，可适合不同波段的需要。
光电管灵敏度低、体积大、易破损，已被固体光电器件所代替。
真空光电管（又称电子光电管）由封装于真空管内的光电阴极和阳极构成。
当入射光线穿过光窗照到光阴极上时，由于外光电效应（见光电式传感器），光电子就从极层内发射至真空。
在电场的作用下，光电子在极间作加速运动，最后被高电位的阳极接收，在阳极电路内就可测出光电流，其大小取决于光照强度和光阴极的灵敏度等因素。
按照光阴极和阳极的形状和设置的不同，光电管一般可分为5种类型。
①中心阴极型：
这种类型由于阴极面积很小，受照光通量不大，仅适用于低照度探测和光子初速度分布的测量。
②中心阳极型：
这种类型由于阴极面积大，对入射聚焦光斑的大小限制不大；又由于光电子从光阴极飞向阳极的路程相同，电子渡越时间的一致性好;其缺点是光电子接收特性差，需要较高的阳极电压。
③半圆柱面阴极型：
这种结构有利于增加极间绝缘性能和减少漏电流。
④平行平板极型：
这种类型的特点是光电子从阴极飞向阳极基本上保持平行直线的轨迹，电极对于光线入射的一致性好。
⑤带圆筒平板阴极型：
它的特点是结构紧凑、体积小、工作稳定。
3.2充气光电管
充气光电管（又称离子光电管）由封装于充气管内的光阴极和阳极构成。
它不同于真空光电管的是，光电子在电场作用下向阳极运动时与管中气体原子碰撞而发生电离现象。
由电离产生的电子和光电子一起都被阳极接收，正离子却反向运动被阴极接收。
因此在阳极电路内形成数倍于真空光电管的光电流。
充气光电管的电极结构也不同于真空光电管。
常用的电极结构有中心阴极型、半圆柱阴极型和平板阴极型。
充气光电管最大缺点是在工作过程中灵敏度衰退很快，其原因是正离子轰击阴极而使发射层的结构破坏。
充气光电管按管内充气不同可分为单纯气体型和混合气体型。
①单纯气体型：
这种类型的光电管多数充氩气，优点是氩原子量小，电离电位低，管子的工作电压不高。
有些管内充纯氦或纯氖，使工作电压提高。
②混合气体型：
这种类型的管子常选氩氖混合气体，其中氩占10％左右。
由于氩原子的存在使处于亚稳态的氖原子碰撞后即能恢复常态，因此减少惰性。
4光电倍增管
将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。
光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。
它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。
闪烁计数器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。
激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。
电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。
光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。
光电倍增建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件，可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区。
日盲紫外光电倍增管对日盲紫外区以外的可见光、近紫外等光谱辐射不灵敏，具有噪声低（暗电流小于1nA）、响应快、接收面积大等特点。
由于光电倍增管增益高和响应时间短，又由于它的输出电流和入射光子数成正比，所以它被广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测量中。
其优点是：
测量精度高，可以测量比较暗弱的天体，还可以测量天体光度的快速变化。
天文测光中，应用较多的是锑铯光阴极的倍增管,如RCA1P21。
这种光电倍增管的极大量子效率在4200埃附近，为20%左右。
还有一种双硷光阴极的光电倍增管,如GDB-53。
它的信噪比的数值较RCA1P21大一个数量级，暗流很低。
为了观测近红外区，常用多硷光阴极和砷化镓阴极的光电倍增管，后者量子效率最大可达50%。
普通光电倍增管一次只能测量一个信息，即通道数为1。
近来研制成多阳极光电倍增管,它相当于许多很细的倍增管组成的矩阵。
由于通道数受阳极末端细金属丝的限制，目前只做到上百个通道。
运行特性
1.稳定性 光电倍增管的稳定性是由器件本身特性、工作状态和环境条件等多种因素决定的。
管子在工作过程中输出不稳定的情况很多，主要有：
a.管内电极焊接不良、结构松动、阴极弹片接触不良、极间尖端放电、
跳火等引起的跳跃性不稳现象，信号忽大忽小。
b.阳极输出电流太大产生的连续性和疲劳性的不稳定现象。
c.环境条件对稳定性的影响。
环境温度升高，管子灵敏度下降。
d.潮湿环境造成引脚之间漏电，引起暗电流增大和不稳。
e.环境电磁场干扰引起工作不稳。
2.极限工作电压
极限工作电压是指管子所允许施加的电压上限。
高于此电压，管子产生放电甚至击穿
5光敏电阻
5.1概述
光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。
在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体
光敏电阻原理图
及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。
半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
5.2主要参数与特性
根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：
紫外光敏电阻器：
对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。
红外光敏电阻器：
主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。
锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
可见光光敏电阻器：
包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。
光敏电阻的主要参数是：
光敏电阻的实验图
（1）光电流、亮电阻。
光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。
（2）暗电流、暗电阻。
光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。
（3）灵敏度。
灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。
（4）光谱响应。
光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。
若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
（5）光照特性。
光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。
从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。
若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。
在大多数情况下，该特性为非线性。
（6）伏安特性曲线。
伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。
（7）温度系数。
光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。
（8）额定功率。
额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。
5.3应用
光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。
下面给出几个典型应用电路。
光敏电阻调光电路
图
（1）是一种典型的光控调光电路，其工作原理是：
当周围光线变弱时引起光敏电阻的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进而使可控硅的导通角增大，达到增大照明灯两端电压的目的。
反之，若周围的光线
图
（1）
变亮，则RG的阻值下降，导致可控硅的导通角变小，照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从而实现对灯光照度的控制。
上述电路中整流桥给出的是必须是直流脉动电压，不能将其用电容滤波变成平滑直流电压，否则电路将无法正常工作。
原因在于直流脉动电压既能给可控硅提供过零关断的基本条件，又可使电容C的充电在每个半周从零开始，准确完成对可控硅的同步移相触发。
光敏电阻式光控开关
图
（2）
以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等，下面给出几种典型电路。
图
（2）是一种简单的暗激发继电器开关电路。
其工作原理是：
当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通，VT2的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。
6光敏二极管和光敏晶体管
6.1光敏二极管
光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。
但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。
光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。
光的强度越大，反向电流也越大。
光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。
光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。
它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
光电二极管是在反向电压作用之下工作的。
没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。
当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。
它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。
光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。
光电三极管除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。
光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。
同光电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射
PN结型光电二极管与其他类型的光探测器一样，在诸如光敏电阻、感光耦合元件（Charge-coupledDevice,CCD）以及光电倍增管等设备中有着广泛应用。
它们能够根据所受光的照度来输出相应的模拟电信号（例如测量仪器）或者在数字电路的不同状态间切换（例如控制开关、数字信号处理）。
光电二极管在消费电子产品，例如CD播放器、烟雾探测器以及控制电视机、空调的红外线遥控设备中也有应用。
对于许多应用产品来说，可以使用光电二极管或者其他光导材料。
它们都可以被用于测量光，常常工作在照相机的测光器、路灯亮度自动调节等。
所有类型的光传感器都可以用来检测突发的光照，或者探测同一电路系统内部的发光。
光电二极管常常和发光器件（通常是发光二极管）被合并在一起组成一个模块，这个模块常被称为光电耦合元件。
如果这样就能通过分析接收到光照的情况来分析外部机械元件的运动情况（例如光斩波器）。
光电二极管另外一个作用就是在模拟电路以及数字电路之间充当中介，这样两段电路就可以通过光信号耦合起来，这可以提高电路的安全性。
在科学研究和工业中，光电二极管常常被用来精确测量光强，因为它比其他光导材料具有更良好的线性。
在医疗应用设备中，光电二极管也有着广泛的应用，例如X射线计算机断层成像（computedtomography,CT）以及脉搏探测器。
PIN结型光电二极管一般不用来测量很低的光强。
然而，如果光强足够大，雪崩光电二极管、感光耦合元件或者光电倍增管就能发挥作用，例如天文学、光谱学、夜视设备、激光测距仪等应用产品。
6.2光敏三极管
光电晶体管和普通晶体管类似，也有电流放大作用。
只是它的集电极电流不只是受基极电路的电流控制，也可以受光的控制。
·光电晶体管的外形，有光窗、集电极引出线、发射极引出线和基极引出线（有的没有）。
·制作材料一般为半导体硅，管型为NPN型，
·国产器件称为3DU系列。
·光电晶体管的灵敏度比光电二极管高，输出电流也比光电二极管大，多为毫安级。
·但它的光电特性不如光电二极管好，在较强的光照下，光电流与照度不成线性关系。
·所以光电晶体管多用来作光电开关元件或光电逻辑元件。
·正常运用时，集电极加正电压。
因此，集电结为反偏置，发射结为正偏置，集电结为光电结。
·当光照到集电结上时，集电结即产生光电流Ip向基区注入，同时在集电极电路即产生了一个被放大的电流Ic（=Ie=（1+β）Ip）β为电流放大倍数。
因此，光电晶体管的电流放大作用与普通晶体管在上偏流电路中接一个光电二极管的作用是完全相同的。
光电三极管是在光电二极管的基础上发展起来的光电器件，它本身具有放大功能。
常见的光电三极管外形如图l所示，文字符号表示为VT或V。
目前的光电三极管是采用硅材料制作而成的。
这是由于硅元件较锗元件有小得多的暗电流和较小的温度系数。
硅光电三极管是用N型硅单晶做成N—P—N结构的。
管芯基区面积做得较大，发射区面积却做得较小，入射光线主要被基区吸收。
与光电二极管一样，入射光在基区中激发出电子与空穴。
在基区漂移场的作用下，电子被拉向集电区，而空穴被积聚在靠近发射区的一边。
由于空穴的积累而引起发射区势垒的降低，其结果相当于在发射区两端加上一个正向电压，从而引起了倍率为β+1（相当于三极管共发射极电路中的电流增益）的电子注入，这就是硅光电三极管的工作原理。
三极管的应用电路
7光电池
7.1光电池的定义
1.是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。
光电池的种类很多，常用有硒光
电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。
主要用于仪表，自动化遥测和遥控方面。
有的光电池可以直接把太阳能转变为电能，这种光电池又叫太阳能电池。
太阳能电池作为能源广泛应用在人造地卫星、灯塔、无人气象站等处
2.光电池是一种特殊的半导体二极管，能将可见光转化为直流电。
有的光
电池还可以将红外光和紫外光转化为直流电。
光电池是太阳能电力系统内部的一个组成部分，太阳能电力系统在替代现在的电力能源方面正有着越来越重要的地位。
最早的光电池是用掺杂的氧化硅来制作的，掺杂的目的是为了影响电子或空穴的行为。
其它的材料，例如CIS，CdTe和GaAs，也已经被开发用来作为光电池的材料。
有二种基本类型的半导体材料，分别叫做正电型（或P型态）和负电型（或N型态）。
在一个PV电池中，这些材料的薄片被一起放置，而且他们之间的实际交界叫做P-N节。
通过这种结构方式，P-N节暴露于可见光，红外光或紫外线下，当射线照射到P-N节的时候，在P-N节的两侧产生电压，这样连接到P型材料和N型材料上的电极之间就会有电流通过。
一套PV电池能被一起连接形成太阳的模组，行列或面板。
用来产生可用电能的PV电池就是光电伏特计。
光电伏特计的主要优点之一是没有污染，只需要装置和阳光就可工作。
另外的一个优点是太阳能是无限的。
一旦光电伏特计系统被安装，它能提供在数年内提供能量而不需要花费，并且只需要最小的
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