暗電流

暗電流（dark current）， 也稱無(wú)照電流，指在沒(méi)有光照射的狀態(tài)下,在太陽(yáng)電池、光敏二極管、光導(dǎo)電元件、光電管等的受光元件中流動(dòng)的電流。 在光電技術(shù)、太陽(yáng)能、傳感器、生物物理學(xué)等領(lǐng)域都有相關(guān)定義。

暗電流生理學(xué)中

生理學(xué)方面的暗電流，是指在無(wú)光照時(shí)視網(wǎng)膜視桿細(xì)胞的外段膜上有相當(dāng)數(shù)量的Na離子通道處于開(kāi)放狀態(tài)，故Na離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，而內(nèi)段上的Na泵又將Na離子泵出細(xì)胞外，從而形成一個(gè)從內(nèi)段流向外段的電流，稱為暗電流（dark current）。視桿細(xì)胞在靜息（非光照）狀態(tài)時(shí)，由于胞質(zhì)內(nèi)CGMP濃度很高，所以感受器細(xì)胞外段膜上的鈉通道處于開(kāi)放狀態(tài)，鈉離子流入胞內(nèi)，形成從視桿細(xì)胞外段流向內(nèi)段的電流，稱為暗電流（dark current），這時(shí)感受器細(xì)胞處于去極化狀態(tài)，其突觸終末釋放興奮性遞質(zhì)谷氨酸。

暗電流光電元件中

暗電流是指器件在反偏壓條件下,沒(méi)有入射光時(shí)產(chǎn)生的反向直流電流。(它包括晶體材料表面缺陷形成的泄漏電流和載流子熱擴(kuò)散形成的本征暗電流。)

暗電流起因于熱激勵(lì)產(chǎn)生的電子空穴對(duì),其中耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的熱激勵(lì)是主要的,其次是耗盡區(qū)邊緣的少數(shù)電荷的熱擴(kuò)散,還有界面上產(chǎn)生的熱激勵(lì)。暗電流的產(chǎn)生需要一定的時(shí)間,勢(shì)阱存在時(shí)間越長(zhǎng),暗電流也越大。為了減小暗電流,應(yīng)盡量縮短信號(hào)電荷的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移時(shí)間,暗電流限制了成象器件的靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍。

暗電流的大小與溫度的關(guān)系極為密切,溫度每降低10℃,暗電流約減小一半。

暗電流光伏電池中

所謂暗電流指的是光伏電池在無(wú)光照時(shí)，由外電壓作用下P-N結(jié)內(nèi)流過(guò)的單向電流。

測(cè)量暗電流的意義在于表征太陽(yáng)能電池的整流效應(yīng)。好的太陽(yáng)能電池應(yīng)該有比較高的整流比,也就是正向暗電流比反向暗電流高越多越好。對(duì)于太陽(yáng)能電池而言,暗電流不僅僅包括反向飽和電流,還包括薄層漏電流和體漏電流。

反向飽和電流是指給肖特基勢(shì)壘加一反偏電壓時(shí),外加的電壓使它的耗盡層變寬,內(nèi)建電場(chǎng)變大,電子的電勢(shì)能增加,P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子(P區(qū)多為空穴,N區(qū)多為電子)就很難越過(guò)勢(shì)壘,因此擴(kuò)散電流趨近于零,但是由于結(jié)電場(chǎng)的增加,使得N區(qū)和P區(qū)中少數(shù)載流子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。在這種情況下,肖特基勢(shì)壘內(nèi)的電流由起支配作用的漂移電流決定。漂移電流的方向與擴(kuò)散電流的方向相反,表現(xiàn)在外電路上有一個(gè)流入N區(qū)的反向電流,它是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。由于少數(shù)載流子是由本征激發(fā)而產(chǎn)生的,在溫度一定的情況下,熱激發(fā)產(chǎn)生的數(shù)量是一定的,電流趨于恒定。太陽(yáng)能電池片可以分為3層,即薄層(即N區(qū))、耗盡層(即肖特基)、體區(qū)(即P區(qū))。對(duì)電池片而言,始終是有一些有害的雜質(zhì)和缺陷的,有些是材料本身就有,也有的是在工藝中形成的,這些有害的雜質(zhì)和缺陷可以起到復(fù)合中心的作用,可以俘獲空穴和電子,使它們復(fù)合,復(fù)合過(guò)程始終伴隨著載流子的定向移動(dòng),必然會(huì)有微小的電流產(chǎn)生,這些電流對(duì)測(cè)試所得的暗電流的值是有貢獻(xiàn)的,由薄層貢獻(xiàn)的部分稱之為薄層漏電流,由體區(qū)貢獻(xiàn)的部分稱之為體漏電流。

測(cè)試漏電流主要有兩個(gè)目的。首先,防止擊穿。如果電池片做成組件時(shí),電池片的正負(fù)極被接反,或者組件被加上反偏電壓時(shí),由于電池片的暗電流過(guò)大,電流疊加后會(huì)迅速地將電池片擊穿,不過(guò)這樣的情況很少發(fā)生,所以測(cè)試暗電流在這方面作用不是很大。其次,監(jiān)控工藝。當(dāng)電池片工藝流程結(jié)束后,可以通過(guò)測(cè)試暗電流來(lái)觀察可能出現(xiàn)的工藝問(wèn)題。

半導(dǎo)體無(wú)光照時(shí)為暗態(tài)，此時(shí)材料具有暗電導(dǎo)；有光照時(shí)為亮態(tài)，此時(shí)具有亮電導(dǎo)。如果給半導(dǎo)體材料外加電壓，通過(guò)的電流有暗電流與亮電流之分。亮電導(dǎo)與暗電導(dǎo)之差稱為光電導(dǎo)，亮電流與暗電流之差稱為光電流。

暗態(tài)下

Gd=σd·A/L, Id=GdU=σd·AU/L

亮態(tài)下

Gl=σl·A/L, Il=GlU=σl·AU/L

亮態(tài)與暗態(tài)之差

Gp=Gl - Gd=(σl-σd）·A/L=Δσ·A/L

Ip=Il - Id=(Gl-Gd）·U=Δσ·AU/L

A：半導(dǎo)體材料橫截面面積

L：半導(dǎo)體材料長(zhǎng)度

I：電流

U：外加電壓

G：電導(dǎo)

σ：電導(dǎo)率

Δσ：光致電導(dǎo)率的變化量

下標(biāo)d代表暗，l代表亮，p代表光。