光電池是有源器件，這種器件受到光照時就產(chǎn)生一定方向的電動勢，不需要外部電源供電。光電池的種類很多，有硒光電池、氧化亞銅光電池、硫化鉈電池、硫化鎘光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵光電池等。用可見光作為光源的光電池的常用半導(dǎo)體材料有硒和硅等。
圖11-12所示的是硅光電池的結(jié)構(gòu)原理、外形及電路符號。它是用單晶硅制成的，在一塊N型硅片上用擴散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成一個大面積的PN結(jié)，P層很薄，從而使光能穿透到PN結(jié)上。由于光線的照射，使P區(qū)帶正電荷，N區(qū)帶負電荷，從而在兩區(qū)之間形成電位差，即構(gòu)成光電池，若接于外電路中就可產(chǎn)生電流。
2. 光電池的特性
A. 光電池的光譜特性：硒光電池和硅光電池的光譜特性曲線如圖11-13所示。從圖示曲線可以看出，不同的光電池其光譜峰值的位置不同。硅光電池的在800nm附近，硒光電池的在540nm附近。硅光電池的光譜范圍很廣，在450~1100nm之間，硒光電池的光譜范圍為340~750nm。因此，硒光電池適用于可見光，常用于照度計測定光的強度。
B. 光電池的光照特性：光電池在不同的光照強度照射下可以產(chǎn)生不同的光電流和光生電動勢。硅光電池的光照特性曲線如圖11-14所示。從該曲線可看出，短路電流在很大范圍內(nèi)與光照成線性關(guān)系。開路電壓隨光強變化是非線性的，并且當(dāng)照度在2000lx時就趨于飽和。因此，把光電池作為測量元件時，應(yīng)把它當(dāng)做電流源來使用，不宜用作電壓源。
所謂光電池的短路電流，就是反應(yīng)負載電阻相對于光電池內(nèi)阻很小時的光電流。而光電池的內(nèi)阻是隨著照度增加而減小的，所以在不同照度下可用大小不同的負載電阻為近似“短路”條件。從實驗中知道，負載電阻越小，光電流與照度之間的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬，對不同的負載電阻，可以在不同的照度范圍內(nèi)，使光電流與光強保持線性關(guān)系。所以，應(yīng)用光電池做測量元件時，所用負載電阻的大小，應(yīng)根據(jù)光強的具體情況而定。總之，負載電阻越小越好。
3. 光電池的頻率特性：光電池作為測量、計數(shù)、接收元件時，常用交變光照。光電池的頻率特性就是反應(yīng)光的交變頻率和光電池輸出電流的關(guān)系，如圖11-15所示。從該曲線可以看出，硅光電池有很高的頻率響應(yīng)，可以用在高速計數(shù)、有聲電影等方面。這是硅光電池在所有光電元件中最為突出的優(yōu)點。
4. 光電池的溫度特性：光電池的溫度特性主要描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。由于它關(guān)系到應(yīng)用光電池設(shè)備的溫度飄逸，影響到測量精度或控制精度等主要指標，因此是光電池的重要特征之一。光電池的溫度特性曲線如圖11-16所示。從該曲線可以看出，開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快，而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。因此，當(dāng)使用光電池作為測量元件時，在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮到溫度的漂移，并采取相應(yīng)的措施進行補償。
