Die erneuerbaren Energien - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 187

Abb. 6.20 Die Strom-
Spannungs-Kennlinie einer
Halbleiterdiode ( gestri-
chelt ) und einer Fotodiode
( ausgezogen ). Der Wert des
Dunkelstroms I ist sehr stark
übertrieben

I

U

I

0

I + F,0 I

0

verzerrt worden, denn der Sperrstrom I ist im Vergleich zum Fotostrom I F, eigentlich
viel kleiner als dargestellt. Die Diodenkennlinie folgt dem Gesetz

eU
kT ))+ I F, ,

I = I (−exp(− (6.49)

wobei I < und I F, ≪ I nur dann, wenn die Halbleiterdiode beleuchtet wird. Betrach-
tet man für diesen Fall die Kennlinie bei positiven Spannungen, so lässt sich die maximal
erreichbare Fotospannung, die Leerlaufspannung U F, , abschätzen. Für den Leerlauffall
I = giltnämlich

kT
e

I F,
I +

kT
e

ln I F, U F, =− ln ( )≈−

I .

(6.50)

Wenn wir ( 6.47 ) für I einsetzen, ergibt sich daraus

kT ln I ,max U F, =

∣ (

Δ W −

I F, )

. (6.51)

∣ e

Daraus folgt:

• Für T , das heißt, die Fotospannung ist gegeben durch die

Bandlücke zwischen Valenzband und Leitungsband.
• Für T > K ist die praktisch erreichbare Fotospannung immer kleiner als die maximal
mögliche Fotospannung, da

= K ist U F, = Δ W /∣ e ∣

∣ I ,max ∣>∣ I F, ∣ .

ZumBeispielbesitzteineSi-FotodiodeeineBandlücke Δ W = , eV,beiZimmertemperatur
beträgt ihre Leerlaufspannung aber nur U F, ≈ , V. Für grobe Abschätzungen kann man
daher die Beziehung

Δ W

U F, ≈ (6.52)

∣ e ∣

verwenden. Die von einer Fotodiode gelieferte Gleichspannung ist alsosehr gering. Um die
Spannung und auch den Strom zu vergrößern, müssen viele Fotodioden in einer kombi-
nierten Parallel- undReihenschaltung zusammengeschaltet werden, wie es in Abb. 6.21 mit
12 Fotodioden gezeigt ist. Um noch größere Spannungen zu erreichen, werden daher viele