试验13硅光电池的特性和应用.ppt

硅光电池特性的研究 杭州电子科技大学 物理实验中心 大学物理实验 ¡前 言 ¡实验目的 ¡实验仪器 ¡实验原理 ¡实验内容 ¡注意事项 前言 光电池是一种光电转换元件，它不需外加电 源而能直接把光能转换为电能 硅光电池是根据光生伏特效应而制成的光电转换元件 性能稳定，光谱响应范围宽，转换效率高， 线性相应好，使用寿命长，耐高温辐射， 光谱灵敏度和人眼灵敏度相近等它在 分析仪器、测量仪器、光电技术、 自动控制、计量检测、计算机输入输出、 光能利用等领域用作探测元件， 得到广泛应用 实 验 目 的 ¡1、初步了解太阳能电池机理 ¡2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内 阻和光强之间关系 ¡3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载 之间关系 实验仪器 实验原理 一 PN结的形成及工作原理 当P型和N型半导体材料结合时，P 型（ N 型）材料中的空穴（电子）向N 型（ P 型）材 料这边扩散，扩散的结果使得结合区形成一个势 垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续 进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一 个耗尽区 零偏 负偏 正偏 当PN结反偏时，外加电场与内电场方 向一致，耗尽区在外电场作用下变宽， 使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场 与内电场方向相反，耗尽区在外加电场 作用下变窄，势垒削弱。

二 硅光电池的工作原理 硅光电池是一个大面积的光电二极管，它可把入 射到它表面的光能转化为电能当有光照时，入射光 子将把处于介带中的束缚电子激发到导带，激发出的 电子空穴对在内电场作用下分别漂移到N型区和P型 区，当在PN结两端加负载时就有一光生电流流过负 载 光电 池结 构示 意图 （1） PN结两端的电流： 光电池处于零偏时，V＝0，流过PN结的电 流I＝－IP ；光电池处于反偏时（实验中取V ＝ －5V），流过PN结的电流I ＝－IP- Is ，当光 电池用作光电转换器时，必须处于零偏或反偏 状态 （2）光电流IP与输出光功率Pi之间的关系 ： R 为响应率，R 值随入射光波长的不同 而变化，对不同材料制作的光电池R值分别在 短波长和长波长处存在一截止波长 三 发光二极管（LED）的工作 原理 当某些半导体材料形成的PN结加正向 电压时，空穴与电子在PN结复合时将产生特 定波长的光，发光的波长与半导体材料的能 级间隙Eｇ有关： λ＝h c / Eｇ 发光二极管输出光功率P与驱动电流I的 关系： P = ηEp I/ e 本实验用一个驱动电流可调的红色超高 亮度发光二极管作为实验用光源。

一、硅光电池零偏和反偏时光电流与输入 光信号关系特性测定 将硅光电池输出端连接到 I / V 转换模块输入 端，将 I / V 转换模块输出端连接到数字电压表头 的输入端，调节发光二极管静态驱动电流，分别 测定光电池在零偏和反偏时光电流与输入光信号 关系在 5~15mA 内等间距各测10组数据比较 零偏和反偏时的两条曲线，求出光电池的饱和电 流Is 实验内容 二、硅光电池池输出拉接恒定负载时产出 的光伏电压与输入光信号关系测定 将功能转换开关打到“负载”处，将硅光电 池输出端连接恒定负载电阻（ R 分别取 1KΩ 和10 KΩ）和数字电压表，调节发光二极管静 态驱动电流，测定光电池输出电压随输入光强 度的关系曲线 三、硅光电池伏安特性测定 输入光强度不变时（驱动电流分别取5 mA和15mA），测定当负载在 0.5kΩ～9.5kΩ 的范围内变化时，光电池的输出电压随负载电 阻变化关系曲线 数据处理 本实验提供的连接线为直插式带弹簧片导线，在 接线或拆线时应持“手枪头”进行操作，特别在拆线时 ，严禁直接拉扯导线，否则导线易遭损坏 注意事项 知识回顾知识回顾 Knowledge Knowledge ReviewReview 。