暗電流定義

暗電流（dark current）， 也稱無照電流，指在沒有光照射的狀態(tài)下,在太陽電池、光敏二極管、光導電元件、光電管等的受光元件中流動的電流。 在光電技術、太陽能、傳感器、生物物理學等領域都有相關定義。

暗電流生理學中

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

暗電流光電元件中

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

暗電流起因于熱激勵產生的電子空穴對,其中耗盡區(qū)內產生的熱激勵是主要的,其次是耗盡區(qū)邊緣的少數電荷的熱擴散,還有界面上產生的熱激勵。暗電流的產生需要一定的時間,勢阱存在時間越長,暗電流也越大。為了減小暗電流,應盡量縮短信號電荷的存儲與轉移時間,暗電流限制了成象器件的靈敏度與動態(tài)范圍。

暗電流的大小與溫度的關系極為密切,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光照時，由外電壓作用下P-N結內流過的單向電流。

測量暗電流的意義在于表征太陽能電池的整流效應。好的太陽能電池應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。對于太陽能電池而言,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壘加一反偏電壓時,外加的電壓使它的耗盡層變寬,內建電場變大,電子的電勢能增加,P區(qū)和N區(qū)的多數載流子(P區(qū)多為空穴,N區(qū)多為電子)就很難越過勢壘,因此擴散電流趨近于零,但是由于結電場的增加,使得N區(qū)和P區(qū)中少數載流子更容易產生漂移運動。在這種情況下,肖特基勢壘內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散電流的方向相反,表現在外電路上有一個流入N區(qū)的反向電流,它是由少數載流子的漂移運動形成的。由于少數載流子是由本征激發(fā)而產生的,在溫度一定的情況下,熱激發(fā)產生的數量是一定的,電流趨于恒定。太陽能電池片可以分為3層,即薄層(即N區(qū))、耗盡層(即肖特基)、體區(qū)(即P區(qū))。對電池片而言,始終是有一些有害的雜質和缺陷的,有些是材料本身就有,也有的是在工藝中形成的,這些有害的雜質和缺陷可以起到復合中心的作用,可以俘獲空穴和電子,使它們復合,復合過程始終伴隨著載流子的定向移動,必然會有微小的電流產生,這些電流對測試所得的暗電流的值是有貢獻的,由薄層貢獻的部分稱之為薄層漏電流,由體區(qū)貢獻的部分稱之為體漏電流。

測試漏電流主要有兩個目的。首先,防止擊穿。如果電池片做成組件時,電池片的正負極被接反,或者組件被加上反偏電壓時,由于電池片的暗電流過大,電流疊加后會迅速地將電池片擊穿,不過這樣的情況很少發(fā)生,所以測試暗電流在這方面作用不是很大。其次,監(jiān)控工藝。當電池片工藝流程結束后,可以通過測試暗電流來觀察可能出現的工藝問題。

半導體無光照時為暗態(tài)，此時材料具有暗電導；有光照時為亮態(tài)，此時具有亮電導。如果給半導體材料外加電壓，通過的電流有暗電流與亮電流之分。亮電導與暗電導之差稱為光電導，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：半導體材料橫截面面積

L：半導體材料長度

I：電流

U：外加電壓

G：電導

σ：電導率

Δσ：光致電導率的變化量

下標d代表暗，l代表亮，p代表光。