工作原理
熱平衡下的p-n結
pn結中電子向P區，空穴向n區擴散，使p區帶負電，n區帶正電，形成由不能移動離子組成的空間電荷區（耗盡區），同時出現由耗盡層引起的內建電場，使少子漂移，並阻止電子和空穴繼續擴散，達到平衡。在熱平衡下，由於pn結中漂移電流等於擴散電流，淨電流為零。
如果有外加電壓時結內平衡被破壞，這時流過pn結的電流方程為：
光伏探測器ID：流過PN結的電流
I0：PN結的反向飽和電流（暗電流）
V：加在PN結上的正向電壓
光照下的p-n結
1. p-n結光電效應
光伏探測器當光照射p-n結時，只要入射光子能量大於材料禁頻寬度，就會在結區產生電子－空穴對。這些非平衡載流子在內建電場的作用下運動；
在開路狀態，最後在n區邊界積累光生電子，p區積累光生空穴，產生了一個與內建電場方向相反的光生電場，即p區和n區之間產生了光生電壓Voc
2. 三種工作模式
（1）零偏置的光伏工作模式
若p-n結電路接負載電阻RL，如圖，有光照射時，則在p-n結內出現兩種相反的電流：
光激發產生的電子－空穴對，在內建電場作用下形成的光生電流Ip，它與光照有關，其方向與p-n結反向飽和電流I0相同；
光生電流流過負載產生電壓降，相當於在p-n結施加正向偏置電壓，從而產生電流ID。
流過負載的總電流是兩者之差：
光伏探測器（2）反向偏置的光電導工作模式
無光照時電阻很大，電流很小；有光照時，電阻變小，電流變大，而且流過它的光電流隨照度變化而變化。類似光電導器件。
光伏探測器（3）正向偏置的工作模式
呈單嚮導電性，和普通二極體一樣，光電效應無法體現。
無光照時，伏安特性曲線與一般二極體的伏安特性曲線相同；受光照後，產生光電流，方向與I0相同，因此曲線將沿電流軸向下平移，平移的幅度與光照度的變化成正比。
第一象限：正向偏置工作模式，光電流不起作用，這一區域工作沒有意義。
第三象限：反向偏置光電導工作模式，
第四象限：零偏壓光伏工作模式。
性能參數
1、回響率
光伏探測器光伏探測器的回響率與器件的工作溫度及少數載流子濃度和擴散有關，而與器件的外偏壓無關，這是與光電導探測器的不相同的。
2、噪聲
光伏探測器的噪聲主要包括器件中光生電流的散粒噪聲、暗電流噪聲和器件的熱噪聲，其均方噪聲電流為：
式中，為流過P-N結的總電流，它與器件的工作及光照有關，為器件電阻，因反偏工作時相當大，熱噪聲可忽略不計，故光電流和暗電流引起的散粒噪聲是主要的.
下面著重討論光伏探測器在有無光照情況下的暗電流噪聲
a、光照時
通過器件的電流只有熱激發暗電流。 同理，可以寫出負偏壓工作的光伏探測器的暗電流噪聲，顯然它只有零偏壓工作時的一半。
b、無光照時
3、比探測率
光伏探測器工作於零偏時，比探測率與成正比。當入射波長一定，器件量子效率相同時，越大，就越高。所以，零偏電阻往往也是光伏探測器的一個重要參數，它直接反應了器件性能的優劣。當光伏探測器受熱噪聲限制時，提高探測率的關鍵在於提高結電阻和界面積的乘積和降低探測器的工作溫度，同時式也說明，當光伏探測器受背景噪聲限制時，提高探測率主要在與採用減小探測器視場角等辦法來減少探測器接收的背景光子數。
4、光譜特性
和其他選擇性光子探測器一樣，光伏探測器的回響率隨人射光波長而變化。
通常用矽能很好的光伏探測器。但其最佳回響波長在0.8-1.0,對於1.3或1.55紅外輻射不能回響。鍺製成的光伏探測器雖能回響到1.7,但它的暗電流偏高，因而噪聲較大，也不是理想的材料。對於接收大於1的輻射需要採用Ⅲ—Ⅴ和Ⅱ—Ⅵ族化合物半導體。
擴散時間
假設光從P-N結的N側垂直入射，且穿透深度不超過結區，則光電流主要是N區及結區光生空穴電流所成。N區光生空穴擴散至結區所需要的時間與擴散長度和擴散係數有關。以N型矽為例，當空穴擴散距離為幾微米時，則需擴散時間約s。對於高速回響器件，這個量是不能滿足要求的。因此，在製造工藝上將器件光敏面作得很薄，以便得到更小的擴散時間。
耗盡層中的漂移時間
由半導體物理學可知，耗盡層中截流子的漂移速度與耗盡層寬度及其間電場有關。在一般的光電二極體中，不是限制器件頻率回響特性的主要因素。
5、頻率回響及回響時間
光伏探測器的頻率回響主要有三個因素決定(1)光生截流子擴散至結區的時間;(2)光生截流子在電場作用下通過結區的漂移時間;(3)由結電容與負載電阻所決定的電路常數。
6、溫度特性
光伏探測器和其他半導體器件一樣，其光電流及噪聲與器件工作溫度有密切關係。
