实验四 硅光电池的特性测试

实验四硅光电池的特性测试
一、实验目的：
1、熟悉硅光电池的结构与工作原理；
2、掌握实验测试硅光电池光电特性的方法；
3、了解硅光电池的光电特性。

二、实验原理：
硅光电池按基底材料不同分2DR型和2CR型。

2DR型硅光电池是以P型硅作基底（即在本征型半导体中掺入三价元素硼、镓等），然后在基底上扩散磷而形成N型并作为受光面。

2CR型光电池则是以N型作基底（在本征型硅材料中掺入五价元素磷、砷等），然后在基底上扩散而形成P型并作为受光面。

构成P-N 结后，再经过各种工艺处理，分别在基底和光敏面上制作输出电极，涂上二氧化硅作保护，即成光电流。

如图4-1(a)所示。

图4-1 硅光电池结构及工作原理图
光电池的主要功能是在不加偏置的情况下能将光信号转换为电信号。

硅光电池的工作原理如图4-1(c)所示。

有光照时，光电池外接上负载电阻R L，此时在P-N结内出现两种方向相反的电流：一种是光激发产生的电子-空穴对，在内建电场的作用下，形成的光生电流I p，它与光照有关，其方向与P-N结反向饱和电流I0相同；另一种是光生电流I p流过负载电阻R L产生电压降，相当于在P-N结施加正向偏压，从而产生正向电流I D，总电流是两者之差。

即：
三、实验仪器及部件：
光电池、直流稳压电源、采样电阻、照度测量器件、照度表、光源、微安表、F/V 表。

四、实验步骤：
1、了解所需单元、部件在实验仪上的位置、观察光电池的结构。

2、测量光电池的短路电流：
按图4-2接线，装上光源，对准光电池，关闭发光管电源，移出遮光罩，光电池完全被遮盖，微安表显示的电流值即为暗电流，即照度为0时。

开启光源，改变照度（方法如实验一），并记录电流表的读数填入下表，作出照度—电流曲线。

表4-1 短路电流与光照度关系表
照度（Lx ） 0 200 400 600 800 1000 电流（uA ）
3、测量光电池的开路电压：
按图4-3接线，装上电源，对准光电池，关闭发光管电源，移出遮光罩，光电池完全被遮盖，电压表显示的电压为照度为0时的电压。

开启光源，改变照度（方法如实验一），并记录电流表的读数填入下表并作出照度—开路电压曲线。

表4-1 开路电压与光照度关系表
照度（Lx ） 0 200 400 600 800 1000 电压（mV ）
)
1(/0--=-=kT qV P D p L e I I I I I
4、测量光电池的伏安特性：
了解光电池在照度一定的情况下，它的输出电流与电压随负载变化的关系。

图4-4 测量硅光电池的伏安特性
按图4-4接线，负载电阻R L的阻值可用万用表测得。

开启电源，调节光强至1000L X，记录选择不同R L值记录电流表/电压表读数，并填入下表：
表4-2 硅光电池产生的光电流与负载电压关系表照度：1000L X 负载0Ω2kΩ4kΩ6kΩ8kΩ10kΩ∞
电流
（uA）
电压
（v）
根据表中数据作出I-U曲线。

五、思考题：
1、硅光电池与硅光敏二极管有何区别?
2、当照度增加到一定时，硅光电池的开路电压为什么不再随入射照度的增加而增加？
3、试分析由表4-2作出的I-U曲线。