实验13硅光电池的特性及其应用

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＝hc/Eｇ发光二极管输出光功率P与驱动电流I的关系：

P=ηEpI/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10KΩ）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5mA和15mA），测定当负载在0.5kΩ～9.5kΩ的范围内变化时，光电池