光敏陶瓷也稱光敏電阻瓷，屬半導體陶瓷，它在光的照射下，吸收光能，產生光電導或光生伏特效應，利用光電導效應來製造光敏電阻，可用於各種自動控制系統；利用光生伏特效應可製造光電池或稱太陽能電池，為人類提供了新能源。
基本介紹
- 中文名：光敏陶瓷
- 外文名：photosensitive ceramics
- 解釋：隨光照而發生變化的功能陶瓷
- 材料：Cds,Cdse,Zns,Pbs,Insb,
- 製造：光敏電阻
- 套用：各種自動控制系統，太陽能電池
半導體的光電導,光敏電阻瓷的特性,光敏電阻瓷的製造工藝,光敏陶瓷的套用,
半導體的光電導
半導體中的載流子，在光照射下產生躍遷，產生光生載流子，使電導率增加，這個過程稱光電導。光電導分為本徵光電導和雜質光電導。對於本徵半導體，只要光子的能量大於半導體禁帶的寬度E，就可以使價帶電子躍遷到導帶，在價帶中產生空穴，從而產生附加電導率。對於雜質半導體，在雜質原子未完全電離的情況下，光照也能使這些原子產生電子和空穴，也能使電導率增加，稱這個過程為雜質光電導。
本徵半導體處於熱平衡狀態時，有確定的載流子濃度，這種處於熱平衡狀態下的載流子，稱平衡載流子。當光注人後，本徵半導體則處於非平衡狀態，比平衡狀態多出的載流子稱為非平衡附載入流子，載流子濃度的增加，必然使半導體電導率增加。
光敏電阻瓷的特性
1、光譜特性。這是指光敏電阻靈敏度最高所處的那段光波波長範圍，如Cds靈敏度峰值在520nm,CdSe靈敏度峰值波長在720nm，兩者按不同比例形成固溶體時，靈敏度峰值範圍在520-720nm之間連續變化。
2、靈敏度。光電導靈敏度是指-一定的光照條件下所產生的光電流的大小，與材料的光生載流子數目及電極之間的距離有關。在不同的套用場合表示方法不同。
3、照度特性。光敏電阻的照度特性是指它的輸出信號(電壓、電流或電阻值)隨著光照度的改變而改變的特性。
4.回響時間。光敏電阻的回響時間是在光照下亮電流達到穩定值所需要的上升時間及遮光後亮電流消失所需要的衰減時間。
5、溫度特性。光敏電阻的光導特性和電學特性受溫度影響較大，關係較複雜。
光敏電阻瓷的製造工藝
(1)原料。製造光敏電阻時一般選用Cds、CdSe等II~VI族化合物作為原料。原料要有極高的純度，一般要求5個9(即99.999%)。對有害雜質要嚴加控制，如鐵含量達0.001%時，光敏電阻的靈敏度將顯著下降。當然，使用摻雜劑也必須十分注意純度。原料的粒度也是一個重要指標，應該是超細粉末，以得到好的光導性能，一般粒徑在0.05~1μm範圍內。
(2)摻雜。摻雜物分為兩類。一類是施主摻雜劑，有IIIA和VIA族元素。如Al、Ga、In等三價金屬的化合物，NH4CI及其它鹵化物。另一類敏化劑(活化劑)是受主摻雜劑，有I族和V族元素。如Cu、Ag、Au的鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽等。摻Cu量適當能提高光電導體的靈敏度，但過量的Cu會使光電導體性能不穩定。
(3)助熔劑。Cds的熔點為1750℃，為了降低燒成溫度，要加入助熔劑，常用的助熔劑有CdCl2、ZnCl、NaCI、CaCl2、 LiCI等鹵化物。
(4)分散劑。助熔劑雖然能促進燒結，但會使CdS形成粗晶。而光敏電阻及其它光導材料都要求獲得細晶， 以使顆粒之間接觸點增加，電阻增加，即暗電阻高，這正是光敏電阻所需要的。微細的光導電粉末作感光粉也可使感光層均勻。分散劑的熔點要比助熔劑的熔點高， 否則起到分散劑的作用， 且要求能溶於水而不與光導電粉末起化學反應，以便燒成後洗掉。
光敏陶瓷的套用
太陽能電池是以太陽光為光源的光電池。太陽光是連續光譜，不同波長的光有不同的能量。光子能量等於禁頻寬度時，能直接產生光電效應，光能轉換成電能。光子能量大于禁頻寬度時，相當于禁頻寬度的那部分能量轉換成電能，多餘的能量傳遞給晶格，加強晶格振動，變成熱能損耗掉。光子的能量小于禁頻寬度時，以同樣方式變成熱能損耗掉或透射過去。使用禁帶很寬的材料作太陽能電池是不利的。如果光電池的禁頻寬過窄，由於高能光子造成的損耗也會導致光電轉換效率下降，故也不宜作光電池材料。在禁頻寬度為0.5~1.5eV的範圍內，有較高的光子激發利用率。從禁帶度來看，Si、Cu2S、GaAs、CdTe等都適於製造太陽能電池。其中Si、GaAs常用作單晶或多晶薄膜太陽能電池材料，而Cu2S、CdTe常用作陶瓷太陽能材料。
