[科普中国]-光敏陶瓷

光敏陶瓷也称光敏电阻瓷，属半导体陶瓷，它在光的照射下，吸收光能，产生光电导或光生伏特效应，利用光电导效应来制造光敏电阻，可用于各种自动控制系统；利用光生伏特效应可制造光电池或称太阳能电池，为人类提供了新能源。

半导体的光电导半导体中的载流子，在光照射下产生跃迁，产生光生载流子，使电导率增加，这个过程称光电导。光电导分为本征光电导和杂质光电导。对于本征半导体，只要光子的能量大于半导体禁带的宽度E，就可以使价带电子跃迁到导带，在价带中产生空穴，从而产生附加电导率。对于杂质半导体，在杂质原子未完全电离的情况下，光照也能使这些原子产生电子和空穴，也能使电导率增加，称这个过程为杂质光电导。

本征半导体处于热平衡状态时，有确定的载流子浓度，这种处于热平衡状态下的载流子，称平衡载流子。当光注人后，本征半导体则处于非平衡状态，比平衡状态多出的载流子称为非平衡附加载流子，载流子浓度的增加，必然使半导体电导率增加。1

光敏电阻瓷的特性1、光谱特性。这是指光敏电阻灵敏度最高所处的那段光波波长范围，如Cds灵敏度峰值在520nm,CdSe灵敏度峰值波长在720nm，两者按不同比例形成固溶体时，灵敏度峰值范围在520-720nm之间连续变化。

2、灵敏度。光电导灵敏度是指-一定的光照条件下所产生的光电流的大小，与材料的光生载流子数目及电极之间的距离有关。在不同的应用场合表示方法不同。

3、照度特性。光敏电阻的照度特性是指它的输出信号(电压、电流或电阻值)随着光照度的改变而改变的特性。

4.响应时间。光敏电阻的响应时间是在光照下亮电流达到稳定值所需要的上升时间及遮光后亮电流消失所需要的衰减时间。

5、温度特性。光敏电阻的光导特性和电学特性受温度影响较大，关系较复杂。2

光敏电阻瓷的制造工艺(1)原料。制造光敏电阻时一般选用Cds、CdSe等II~VI族化合物作为原料。原料要有极高的纯度，一般要求5个9(即9.999%)。对有害杂质要严加控制，如铁含量达0.001%时，光敏电阻的灵敏度将显著下降。当然，使用掺杂剂也必须十分注意纯度。原料的粒度也是一个重要指标，应该是超细粉末，以得到好的光导性能，一般粒径在0.05~1μm范围内。

(2)掺杂。掺杂物分为两类。一类是施主掺杂剂，有IIIA和VIA族元素。如Al、Ga、In等三价金属的化合物，NH4CI及其它卤化物。另一类敏化剂(活化剂)是受主掺杂剂，有I族和V族元素。如Cu、Ag、Au的卤化物、硫酸盐、硝酸盐等。掺Cu量适当能提高光电导体的灵敏度，但过量的Cu会使光电导体性能不稳定。

(3)助熔剂。Cds的熔点为1750℃，为了降低烧成温度，要加入助熔剂，常用的助熔剂有CdCl2、ZnCl、NaCI、CaCl2、 LiCI等卤化物。

(4)分散剂。助熔剂虽然能促进烧结，但会使CdS形成粗晶。而光敏电阻及其它光导材料都要求获得细晶， 以使颗粒之间接触点增加，电阻增加，即暗电阻高，这正是光敏电阻所需要的。微细的光导电粉末作感光粉也可使感光层均匀。分散剂的熔点要比助熔剂的熔点高， 否则起到分散剂的作用， 且要求能溶于水而不与光导电粉末起化学反应，以便烧成后洗掉。2

光敏陶瓷的应用太阳能电池是以太阳光为光源的光电池。太阳光是连续光谱，不同波长的光有不同的能量。光子能量等于禁带宽度时，能直接产生光电效应，光能转换成电能。光子能量大于禁带宽度时，相当于禁带宽度的那部分能量转换成电能，多余的能量传递给晶格，加强晶格振动，变成热能损耗掉。光子的能量小于禁带宽度时，以同样方式变成热能损耗掉或透射过去。使用禁带很宽的材料作太阳能电池是不利的。如果光电池的禁带宽过窄，由于高能光子造成的损耗也会导致光电转换效率下降，故也不宜作光电池材料。在禁带宽度为0.5~1.5eV的范围内，有较高的光子激发利用率。从禁带度来看，Si、Cu2S、GaAs、CdTe等都适于制造太阳能电池。其中Si、GaAs常用作单晶或多晶薄膜太阳能电池材料，而Cu2S、CdTe常用作陶瓷太阳能材料。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学