
光电流(Photocurrent)是指物质(通常是半导体或金属)在受到光照时,因吸收光子能量而产生电荷载流子(电子或空穴),并在电场作用下定向移动形成的电流。其英文对应术语为 "photocurrent",由 "photo-"(光)和 "current"(电流)组合而成。
光电流的产生主要基于两种光电效应:
外光电效应(Photoelectric Effect)
光子能量超过材料功函数时,电子吸收光子后逸出材料表面形成电流。爱因斯坦光电方程描述了该过程:
$$ h u = W + frac{1}{2}mv $$
其中 ( h u ) 为光子能量,( W ) 为功函数,( frac{1}{2}mv ) 为电子动能(参见《现代物理学基础》)。
内光电效应(Internal Photoelectric Effect)
半导体材料吸收光子后,价带电子跃迁至导带,产生电子-空穴对。在PN结内建电场或外加偏压作用下,载流子定向迁移形成电流(参见 S.O. Kasap《半导体与器件物理》)。
如PIN光电二极管、雪崩光电二极管(APD),用于光纤通信、成像系统(参见 R.J. Baker《CMOS电路设计》)。
光伏效应将光能直接转换为电能,光电流大小决定能量转换效率(参见《光伏技术与工程手册》)。
工业自动化、环境监测中的光照强度测量(参见《传感器原理与应用》)。
(注:因未搜索到可验证的在线资源,以上引用仅标注经典教材与论文,建议通过学术数据库获取原文。)
光电流是光与物质相互作用时产生的电流现象,其核心机制和特性可归纳如下:
光电流指材料在光照下因光子激发电子跃迁而形成的电流。当光子能量超过材料极限频率时,电子从价带跃迁至导带,形成自由载流子。在光电效应中,金属表面逸出的光电子形成电流,其强度与入射光强成正比。
概念 | 定义 |
---|---|
暗电流 | 无光照时器件的本底电流,由热激发等因素产生 |
饱和光电流 | 最大光电流值,当所有激发电子均参与导电时达到稳定 |
光电导 | 材料电导率因光照增加的现象,与光电流直接相关 |
在光电催化中,光电流密度公式为: $$ J{ph} = J{max} cdot alpha cdot eta{sep} cdot eta{inj} $$ 其中$J{max}$为理论最大电流密度,$alpha$为光吸收率,$eta{sep}$和$eta_{inj}$分别为电荷分离与注入效率。
更多细节可参考《光电技术基础》(、4、6等来源)中的相关章节。
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