Fotodiodo
Un fotodiodo es un dispositivo de unión p – n semiconductor que convierte la luz en una corriente eléctrica . [1] La corriente se genera cuando los fotones se absorben en el fotodiodo. Los fotodiodos pueden contener filtros ópticos , lentes incorporados y pueden tener áreas de superficie grandes o pequeñas. Los fotodiodos suelen tener un tiempo de respuesta más lento a medida que aumenta su superficie. La celda solar tradicional y común que se utiliza para generar energía solar eléctrica es un fotodiodo de área grande.
Los fotodiodos son similares a los diodos semiconductores normales, excepto que pueden estar expuestos (para detectar rayos X o UV al vacío ) o empaquetados con una ventana o conexión de fibra óptica para permitir que la luz llegue a la parte sensible del dispositivo. Muchos diodos diseñados para usarse especialmente como fotodiodo utilizan una unión PIN en lugar de una unión p – n , para aumentar la velocidad de respuesta. Un fotodiodo está diseñado para operar en polarización inversa . [2]
Un fotodiodo es una estructura PIN o unión p – n . Cuando un fotón de energía suficiente golpea el diodo, crea un par electrón - hueco . Este mecanismo también se conoce como efecto fotoeléctrico interno . Si la absorción ocurre en la región de agotamiento de la unión , o una extensión de difusión lejos de ella, estos portadores son barridos de la unión por el campo eléctrico incorporado de la región de agotamiento. Así, los agujeros se mueven hacia el ánodo y los electrones hacia el cátodo , y una fotocorrientees producido. La corriente total a través del fotodiodo es la suma de la corriente oscura (corriente que se genera en ausencia de luz) y la fotocorriente, por lo que la corriente oscura debe minimizarse para maximizar la sensibilidad del dispositivo. [3]
A primer orden, para una distribución espectral dada, la fotocorriente es linealmente proporcional a la irradiancia . [4]
En el modo fotovoltaico ( polarización cero ), la fotocorriente sale del ánodo a través de un cortocircuito al cátodo. Si el circuito está abierto o tiene una impedancia de carga, lo que restringe la fotocorriente fuera del dispositivo, se genera un voltaje en la dirección que polariza hacia adelante el diodo, es decir, el ánodo positivo con respecto al cátodo. Si el circuito está en corto o la impedancia es baja, una corriente directa consumirá toda o parte de la fotocorriente. Este modo aprovecha el efecto fotovoltaico , que es la base de las células solares : una célula solar tradicional es solo un fotodiodo de gran superficie. Para una salida de potencia óptima, la celda fotovoltaica funcionará a un voltaje que provoca solo una pequeña corriente directa en comparación con la fotocorriente. [4]
En el modo fotoconductor, el diodo tiene polarización inversa , es decir, con el cátodo impulsado en positivo con respecto al ánodo. Esto reduce el tiempo de respuesta porque la polarización inversa adicional aumenta el ancho de la capa de agotamiento, lo que disminuye la capacitancia de la unión y aumenta la región con un campo eléctrico que hará que los electrones se recojan rápidamente. El sesgo inverso también crea una corriente oscura sin mucho cambio en la fotocorriente.
