硅光电池伏安特性
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。
硅光电池特性研究
综合设计实验小论文硅光电池特性研究摘要:当今世界能源日益短缺，开发太阳能资源成为世界各国能源发展的主要课题。
硅光电池可将太阳能转换为电能，实现太阳能的利用。
本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，测量太阳能电池下述特性：1、在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。
2、测量太阳能电池在光照时的输出特性并求得它的短路电流( I SC)、开路电压( U OC)、最大输出功率 P m及填充因子 FF，填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。
3、光照效应：（1）测量短路电流 I SC和相对光强度J /J0之间关系，画出 I SC与相对光强J /J0之间的关系图。
（2）测量开路电压U OC和相对光强度J /J0之间的关系，画出U OC与相对光强J /J0之间的关系图关键字:硅光电池 PN结相对光强开路电压短路电流1 实验原理目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深入学习硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池的机理。
1.1 PN结的形成及单向导电性如果采用某种工艺，使一块硅片的一边成为P型半导体，另一边为N型半导体，由于P区有大量空穴（浓度大），而N区的空穴极少（浓度小），因此空穴要从浓度大的P区向浓度小的N区扩散，并与N区的电子复合，在交界面附近的空穴扩散到N区，在交界面附近一侧的P区留下一些带负电的三价杂质离子，形成负空间电荷区。
同样，N区的自由电子也要向P区扩散，并与P区的空穴复合，在交界面附近一侧的N区留下一些带正电的五价杂质离子，形成正空间电荷区。
这些离子是不能移动的，因而在P型半导体和N型半导体交界面两侧形成一层很薄的空间电荷区，也称为耗尽层，这个空间电荷区就是PN结。
正负空间电荷在交界面两侧形成一个电场，称为内电场，其方向从带正电的N区指向带负电的P区，如图1所示。
实验七 硅光电池特性
实验七硅光电池特性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。
光电池的种类很多，常见的有硒、锗、硅、砷化镓、氧化铜、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉等。
其中最受重视、应用最广的是硅光电池。
硅光电池是根据光生伏特效应而制成的光电转换元件。
它有一系列的优点：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。
所以，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、光能利用等很多领域用作探测元件，得到广泛应用，在现代科学技术中有十分重要的地位。
通过实验对硅光电池的基本特性和简单应用作初步的了解和研究，有利于了解使用日益广泛的各种光电器件。
具有十分重要的意义。
【实验目的】1．掌握PN结形成原理及其单向导电性等工作机理。
2．了解LED发光二极管的驱动电流和输出光功率的关系。
3．掌握硅光电池的工作原理及负载特性。
【实验仪器】1．THKGD-1型硅光电池特性实验仪。
2．函数信号发生器。
3．双踪示波器。
【实验原理】1．引言目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。
THKGD-1型硅光电池特性实验仪主要由半导体发光二极管恒流驱动单元，硅光电池特性测试单元等组成。
2．PN结的形成及单向导电性采用反型工艺在一块N型（P型）半导体的局部掺入浓度较大的三价（五价）杂质，使其变为P型（N型）半导体。
如果采用特殊工艺措施，使一块硅片的一边为P型半导体，另一边为N型半导体则在P型半导体和N型半导体的交界面附近形成PN结。
PN结是构成各种半导体器件的基础，许多半导体器件都含有PN结。
如图7-1所示，Θ代表得到一个电子的三价杂质（例如硼）离子，带负电； 代表失去一个电子的五价杂质（例如磷）离子，带正电。
硅光电池特性的研究实验报告2
硅光电池基本特性的研究太阳能是一种清洁能源、绿色能源，许多国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究和利用。
硅光电池是一种典型的太阳能电池，在日光的照射下，可将太阳辐射能直接转换为电能，具有性能稳定，光谱围宽，频率特性好，转换效率高，能耐高温辐射等一系列优点，是应用极其广泛的一种光电传感器。
因此，在普通物理实验中开设硅光电池的特性研究实验，介绍硅光电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。
[实验目的]1．测量太阳能电池在无光照时的伏安特性曲线；2.测量太阳能电池在光照时的输出特性，并求其的短路电流I SC、开路电压U OC、最大FF3.测量太阳能电池的短路电流I及开路电压U与相对光强J /J0的关系，求出它们的近似函数关系；[实验原理]1、硅光电池的基本结构目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。
零偏反偏正偏图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P 型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的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，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。
当PN结反偏时，外加电场与电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场与电场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，势垒削弱，使载流子扩散运动继续形成电流，此即为PN 结的单向导电性,电流方向是从P 指向N 。
太阳能电池伏安特性
U (10-1 mV)
R／KΩ 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50
I (10-7A)
U (10-1 mV)
R／KΩ 55 60 6Biblioteka 70 75 80 85 90 95
I (10-7A)
eV
I Is (e kT 1) I p
零偏V=0， I I p
反偏V= -∞，I I p Is
三. 实验仪器
四. 实验内容
1.硅光电池零偏和反偏时，光电池输出电压与 输入光强的关系特性测定 2.硅光电池输出端连接恒定负载时，光电池输出 电压与输入光强的关系特性测定 3.硅光电池的伏安特性测定
晶体的能带2pn结及其单向导电性pn结示意图零偏内电场入射光硅光电池结构示意图耗尽区存在一内电场入射光子将把处于价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p型区和n型区pn结两端加负载时就有光生电流流过负载ktev实验内容1
实验7.4 硅光电池伏安特性的研究
一.实验目的
1.了解硅光电池的工作原理。 2.测定硅光电池的伏安特性。
二. 实验原理
1.晶体的能带
E
导带
0.1 ~ 0.5ev
价带 禁带
半导体的能带结构
2.pn结及其单向导电性
p-n结零偏示意图
零偏内电场 E
p
n
P-n结示意图
p-n结正偏示意图
正偏内电场 E
p
I
n
R
P-n结正向导通
p-n结反偏示意图
反偏内电场 E
反偏U (10-1 mV)
100 1100
硅光电池特性的研究实验报告2
硅光电池基本特性的研究太阳能是一种清洁能源、绿色能源，许多国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究和利用。
硅光电池是一种典型的太阳能电池，在日光的照射下，可将太阳辐射能直接转换为电能，具有性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，转换效率高，能耐高温辐射等一系列优点，是应用极其广泛的一种光电传感器。
因此，在普通物理实验中开设硅光电池的特性研究实验，介绍硅光电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。
[实验目的]1．测量太阳能电池在无光照时的伏安特性曲线；2.测量太阳能电池在光照时的输出特性，并求其的短路电流 I SC 、开路电压 U OC 、最大FF3.测量太阳能电池的短路电流 I 及开路电压U 与相对光强 J /J 0 的关系，求出它们的近似函数关系；[实验原理]1、硅光电池的基本结构目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN 结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。
图2-1是半导体PN 结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P 型和N 型半导体材料结合时，由于P 型材料空穴多电子少，而N 型材料电子多空穴少，结果P 型材料中的空穴向N 型材料这边扩散，N 型材料中的电子向P 型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P 型区出现负电荷，N 型区带正电荷，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，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。
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，耗尽区在外电场作用下变窄，势垒削弱，使载流子扩散运动继续形成电流，此即为PN 结的单向导电性,电流方向是从P 指向N 。
硅光电池特性的实验研究
随着光电池的广泛使用，对光电池特性的研究也 越来越引起人们的重视。１９５８年太阳能电池被用作 “先锋１号”卫星的电源，这一重大突破为太阳能利用 进入现代发展时期奠定了技术基础。此后，很快开发 出多种太阳电池，包括多晶硅电池、非晶硅电池、硫化 镉电池、砷化镓电池等，光电转换效率已达２０％以上。 除用于卫星、空间站外，已在灯塔、航标、微波中继站、 铁路信号中得到广泛应用，采用太阳电池的汽车、飞机 也在积极研制，还建成了太阳电池节能住房和太阳电 池电站等。
图８伏安特性曲线
尔霍夫定律可得
张玮，等：硅光电池特性的实验研究
４３
光 照
ＲＬ （ａ）硅光电池结构
【∥ Ｊ，Ｄ
］
）】
由凤 ｕ
岛
Ｉ
１
．＝ ｏ．一Ｉ
（ｂ）理想模型
如Ｊ ，
）】 厂 ｛
（ｃ）简化模型
图１硅光电池的工作原理图
Ｊ（１＋瓦Ｒｓ）一ｊ曲一瓦Ｕ—ｂ．
（２）
假定Ｒ。ｈ一∞和Ｒ。＝０，则有
ｊ—Ｊｐｂ—Ｊ。＝ｊｐｈ—ｊ。（ｅ而ｅＶＤ一１）．
可视为一个半导体ｐ－ｎ结二极管，其正向偏压与通过
电流的关系式为
Ⅳ“
ｂ—ｊ。ｆｅ甘一１、．
（１）
式中：ＪＤ为流过二极管的正向电流；Ｊ。为反向饱和电 流；ｅ为电子电荷；ｋ为玻耳兹曼常量；Ｔ为工作绝对温
度；ＶＤ为结电压。
当半导体ｐ－ｎ结处于零偏或负偏、光照射太阳能
电池时，将产生一个由Ｙｌ区到Ｐ区的光生电流Ｊ。。。同 时，由于ｐ－ｎ结二极管的特性，存在正向二极管电流
文章编号：１００２—４９５６（２００９）０９—００４２—０５
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ
硅光电池特性的研究实验报告2
硅光电池基本特性的研究太阳能是一种清洁能源、绿色能源，许多国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究和利用。
硅光电池是一种典型的太阳能电池，在日光的照射下，可将太阳辐射能直接转换为电能，具有性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，转换效率高，能耐高温辐射等一系列优点，是应用极其广泛的一种光电传感器。
因此，在普通物理实验中开设硅光电池的特性研究实验，介绍硅光电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。
[实验目的]1．测量太阳能电池在无光照时的伏安特性曲线；2.测量太阳能电池在光照时的输出特性，并求其的短路电流I SC、开路电压U OC、最大FF3.测量太阳能电池的短路电流I及开路电压U与相对光强J /J0的关系，求出它们的近似函数关系；[实验原理]1、硅光电池的基本结构目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。
零偏反偏正偏图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P 型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，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，当两者到达平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。
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，耗尽区在外电场作用下变窄，势垒削弱，使载流子扩散运动继续形成电流，此即为PN 结的单向导电性,电流方向是从P 指向N 。
硅光电池伏安特性
实验7.4 硅光电池伏-安特性的研究
一.实验目的 （p198~200） 1.了解硅光电池的工作原理。 2 . 测定硅光电池的伏-安特性。 二. 实验原理 1.晶体的能带
）
I (I1(100-7-A7A) )
13
（10-1 mV）
光强
110 120 130 140 150 160 170 180 190
(102mA) 0
0
0
0
0
0
0
0
0
零偏
（10-1 mV）
反偏
（10-1 mV）
11
2.测定硅光电池输出连接恒定负载(10k~15k)时，产 生的光电压与输入光强的关系。
以硅光电池输出电压为纵坐标，输入光强为横坐标， 作曲线。
五. 注意事项
注意接线正、负。
9
六. 实验数据处理
1.硅光电池零偏和反偏时，测定光电池输出电压与输 入光强的关系。 以光电池输出电压为纵坐标，发送光强为横坐标，分 别作零偏和反偏时曲线。
10
光强
100
(102mA)
200
300
400
500
600
700
800
900
100 0
零偏
（10-1 mV）
反偏
1
E
空带 0.1~0.5ev 价带 禁带
半导体能带结构
2
2.pn结及单向导电性
Epຫໍສະໝຸດ npn结示意图3
硅光电池伏安特性
实验 项目： 硅光电池伏安特性（综合设计 2-1） 实验 目的： 了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。
实验 仪器： DH-CGOP 型光敏传感器实验仪（包括灯泡盒，硅光电池 PHC，直流恒压源 DH-VC3，九孔板实验箱，电阻箱，导线） 实验 原理： 硅光电池的工作原理 光电转换器件主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的照射下，释放出光电子的现象。
当光照射金属、 金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可 挣脱原子的束缚而溢出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。
有些物质 受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体的导电性增强，这种现象称为内光电效应。
光电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应快、使用方便等优点，广泛用于激光探测器。
外加反 偏电压与结内电场方向一致，当 PN 结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子-空穴对）。
结区内的电子-空 穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向 N 区，空穴被拉向 P 区而形成光电流。
同时势垒区一侧一个扩展长度内的 光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。
当入射光强度变化时，光生载流子的浓度及 通过外回路的光电流也随之发生相应的变化。
这种变化在入射光强度很大的动态范围内仍能保持线性关系。
硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器 和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。
光电池的基本结构如图 1 所示，当半导体 PN 结处于零偏或负偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场。
图 1 光 电池结 构示意 图图1光电池结构示意图当没有光照射时，光电二极管相当于普通的二极管，其伏安特性是 （1） 式（1）中 I 为流过二极管的总电流，Is 为反向饱和电流，e 为电子电荷，k 为玻耳兹曼常量，T 为工作绝对温度，V 为加在二极管两端的电压。
硅光电池特性
硅光电池特性【实验目的】1.了解硅光电池的基本特性。
2.测出硅光电池的伏安特性曲线和光照特性曲线。
【实验仪器】DH-CGOP1光电传感器实验仪1套（包括灯泡盒，硅光电池PHC，九孔板实验箱，2欧姆电阻）；DH-VC3直流恒压源1台；万用表3块；电阻箱，导线若干【实验原理】硅光电池的工作原理光电转换器件主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的照射下，释放出光电子的现象。
当光照射金属、金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可挣脱原子的束缚而溢出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。
有些物质受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体的导电性增强，这种现象称为内光电效应。
光电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应快、使用方便等优点，广泛用于激光探测器。
外加反偏电压与结内电场方向一致，当PN结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子-空穴对）。
结区内的电子-空穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向N区，空穴被拉向P区而形成光电流。
同时势垒区一侧一个扩展长度内的光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。
当入射光强度变化时，光生载流子的浓度及通过外回路的光电流也随之发生相应的变化。
这种变化在入射光强度很大的动态范围内仍能保持线性关系。
硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。
光电池的基本结构如图1所示，当半导体PN结处于零偏或负偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场。
图1光电池结构示意图当没有光照射时，光电二极管相当于普通的二极管，其伏安特性是（1）式（1）中I 为流过二极管的总电流，I s 为反向饱和电流，e 为电子电荷，k 为玻耳兹曼常量，T 为工作绝对温度，V 为加在二极管两端的电压。
硅光电池特性实验报告
一、实验目的1. 了解硅光电池的工作原理及其应用。
2. 研究硅光电池的主要参数和基本特性。
3. 掌握硅光电池在不同光照条件下的性能变化。
二、实验原理硅光电池是一种将光能直接转换为电能的光电转换器。
当光照射到硅光电池的PN 结上时，会产生光生电子-空穴对，从而产生电流。
本实验主要研究硅光电池的照度特性、负载特性和光谱特性。
三、实验器材1. 硅光电池2. 照度计3. 可变电阻4. 电压表5. 电流表6. 稳压电源7. 光源（如白光光源）8. 单色光光源9. 光谱分析仪10. 记录仪四、实验步骤1. 照度特性实验(1) 将硅光电池置于不同照度条件下，记录对应的电压和电流值。
(2) 利用照度计测量不同照度下的光照强度。
(3) 绘制硅光电池的照度特性曲线。
2. 负载特性实验(1) 将硅光电池接上不同负载电阻，记录对应的电压和电流值。
(2) 绘制硅光电池的负载特性曲线。
3. 光谱特性实验(1) 将硅光电池分别置于白光光源和单色光光源下，记录对应的电压和电流值。
(2) 利用光谱分析仪分析硅光电池的光谱特性。
(3) 绘制硅光电池的光谱特性曲线。
五、实验结果与分析1. 照度特性实验结果显示，硅光电池的短路电流与照度呈线性关系，开路电压与照度呈非线性关系。
当光照强度增加时，短路电流和开路电压也随之增加。
2. 负载特性实验结果显示，硅光电池的伏安特性曲线由两个部分组成：反偏工作状态和无偏工作状态。
在反偏工作状态下，光电流与偏压、负载电阻几乎无关；在无偏工作状态下，光电流随偏压和负载电阻的增加而减小。
3. 光谱特性实验结果显示，硅光电池的光谱灵敏度与入射光的波长有关。
在可见光范围内，硅光电池的光谱灵敏度较高，而在红外和紫外区域，光谱灵敏度较低。
六、结论1. 硅光电池具有线性照度特性，短路电流与照度呈线性关系，开路电压与照度呈非线性关系。
2. 硅光电池的伏安特性曲线由反偏工作状态和无偏工作状态组成，反偏工作状态下光电流与偏压、负载电阻几乎无关，无偏工作状态下光电流随偏压和负载电阻的增加而减小。
测量硅光电池伏安特性曲线的改进研究
（ ２ ）因硅光 电池 内阻与 负载 、光 照强度 等均有 关 ，参 数 复杂 ，伏 安特 性 曲线只 能近 似获得某种情 况下的 曲线 。为
资水 平分 析 一
吸 收 能 力的 观 点［ Ｊ 】 ． 中 国管理 科
ｐ ａ ｒ ｔ ｎ ｅ ｒ ｓ ｈ ｉ ｐ ｓ ？ ［ Ｊ 】 ． Ｒ＆Ｄ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ，ｌ ９ ９ ８ ，２ ８
Ｔ ｈ ｅ Ｈｏ ｗｏ ｒ ｔ ｈ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ，１ ９ ９ ３ ． Ｐａ ｕｌ Ｅ ． Ｂｉ ｅ ｒ ｌ Ｙ， Ｊ Ｏ Ｓ ｅ ｐｈ Ｅ ． ＣＯＯｍ ｂ Ｓ ， Ｅｑ ｕｉ ｔ ｙ ａ ｌ ｌ ｉ ａ ｎ ｃ ｅ ，ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｌ ｉ ａ ｎ ｃ ｅ
号和双通 道示 波器的Ｘ － Ｙ 信道 输入 实现硅 光 电池的伏安 特性 曲线快 速测 量与显示 关键 词 ：硅 电池 ；伏安特性 ；示 波器
中图分类 号 ：Ｔ Ｍ ９ １ ４
文献标识 码 ：Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ９ － ２ ３ ７ ４（ ２ ０ １ ３ ） ３ ２ － ０ ０ ２ １ － ０ ２
Ｉ —— 二极管反向漏 电流
ｅ — — 电子 电量 ｋ ——玻耳兹曼常量 Ｔ — — Ｐ ＿ — Ｎ 结的工作热力学温度 ｖ — —结偏置 电压
２ 硅光电池的伏安 特性 曲线的改进测量
２ ． １ 硅光电池的伏安特性曲线测量原理
如 图ｌ（ ａ ）中所 示 ，硅光 电池 可视为一纯 电阻和恒流
（ ２）： ７ ９ ８ ８ ．
Ｍａ ｔ ｒ ｓ ｉｅ ｆ ｌ ｄ， ｅ ｔ ａ １ ．Ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｒｅ ｔ ｕ ｎ ｒ
硅光电池伏安特性
100
200
300
400
500
600
700
800
900
100 0
U (10-1 mV)
光强 (10-2 mV)
110 120 130 140 150 160 170 180 190 000000000
U (10-1 mV)
3.硅光电池伏安特性测定(发送光强300~400)，
以负载电流为纵坐标，输出电压为横坐标，作曲线。
光强
110 120 130 140 150 160 170 180 190
(102 mA) 0
0
0
0
0
0
0
0
0
零偏
（10-1 mV）
反偏
（10-1 mV）
2.测定硅光电池输出连接恒定负载(10k~15k)时，产 生的光电压与输入光强的关系。
以硅光电池输出电压为纵坐标，输入光强为横坐标， 作曲线。
光强 (10-2 mV)
实验7.4 硅光电池伏-安特性的研究
一.实验目的 （p198~200） 1.了解硅光电池的工作原理。 2 . 测定硅光电池的伏-安特性。 二. 实验原理 1.晶体的能带
E
空带
0.1 ~ 0.5ev
价带 禁带
半导体能带结构
2.pn结及单向导电性
E
p
n
pn结示意图
单向导电性
E
p
n
I
R
pn结正向导通
E
p
n
R
pn结反向阻流
3. 实验原理
eV
I Is (e kT 1) I p
Is -饱和电流 I p -光生电流 V -pn结两端的电压 T -绝对温度
太阳能硅光电池的主要参数和基本特性的测量
太阳能硅光电池的主要参数和基本特性的测量实验目的1. 在没有光照的时候，测量太阳能电池的伏安特性曲线。
2. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压与相对光强的关系，求出它们的近似函数关系。
原理：太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为：(1)(1)式中，I 0和β是常数。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为EC －EV 的半导体构成，如图1所示。
EC 为半导体电带，EV 为半导体价电带。
当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。
电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。
假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电(1)U oI I e β=-流源）、一个理想二极管、一个并联电阻与一个电阻所组成，如图2所示。
图2图2中，为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，为光照时，通过太阳能电池内部二极管的电流。
由基尔霍夫定律得：，（2）(2）式中，I为太阳能电池的输出电流，U为输出电压。
由（1）式可得，（3）假定和，太阳能电池可简化为图3所示电路。
图3这里，。
在短路时，U＝0，；而在开路时，I＝0，；()0s ph d shIR U I I I R+---=(1)sph dsh shR UI I IR R+=--shR=∞0sR=(1)Uph d phI I I I I eβ=-=--ph scI I=(1)0ocUscI I eβ--=（4），（4）式即为在 和 的情况下，太阳能电池的开路电压 和短路电流 的关系式。
其中 为开路电压， 为短路电流，而I 0 、β是常数。
实验器材光具座、滑块、白炽灯、太阳能、电池、光功率计、遮光罩、电压表、 电流表、电阻箱 步骤数据记录1、 全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性∴1ln[1]scOCI U I β=+sh R =∞0s R =OC U SC I OC U SC I2、在不加偏压时，在使用遮光罩条件下，保持白光源到太阳能电池距离20CM，测量太阳能电池的输出电流对太阳能电池的输出电压的关系。
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实验 项目： 硅光电池伏安特性（综合设计 2-1） 实验 目的： 了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。
实验 仪器： DH-CGOP 型光敏传感器实验仪（包括灯泡盒，硅光电池 PHC，直流恒压源 DH-VC3，九孔板实验箱，电阻箱，导线） 实验 原理： 硅光电池的工作原理 光电转换器件主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的照射下，释放出光电子的现象。
当光照射金属、 金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可 挣脱原子的束缚而溢出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。
有些物质 受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体的导电性增强，这种现象称为内光电效应。
光电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应快、使用方便等优点，广泛用于激光探测器。
外加反 偏电压与结内电场方向一致，当 PN 结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子-空穴对）。
结区内的电子-空 穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向 N 区，空穴被拉向 P 区而形成光电流。
同时势垒区一侧一个扩展长度内的 光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。
当入射光强度变化时，光生载流子的浓度及 通过外回路的光电流也随之发生相应的变化。
这种变化在入射光强度很大的动态范围内仍能保持线性关系。
硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器 和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。
光电池的基本结构如图 1 所示，当半导体 PN 结处于零偏或负偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场。
图 1 光 电池结 构示意 图
图1
光电池结构示意图
当没有光照射时，光电二极管相当于普通的二极管，其伏安特性是 （1） 式（1）中 I 为流过二极管的总电流，Is 为反向饱和电流，e 为电子电荷，k 为玻耳兹曼常量，T 为工作绝对温度，V 为加在二极管两端的电压。
对于外加正向电压，I 随 V 指数增长，称为正向电流；当外加电压反向时，在反向击穿电 压之内，反向饱和电流基本上是个常数。
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飘移到 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。
流过 PN 结两端的电流可由式（2）确定：
（2 ） 此式表示硅光电池的伏安特性。
式（2）中 I 为流过硅光电池的总电流，Is 为反向饱和电流，V 为 PN 结两端电压，T 为工作绝对温度，Ip 为产生的 反向光电流。
从式中可以看到，当光电池处于零偏时，V=0，流过 PN 结的电流 I=Ip；当光电池处于负偏时（在本实 验中取 V=-5V），流过 PN 结的电流 I=Ip-Is。
因此，当光电池用作光电转换器时，光电池必须处于零偏或负偏状态。
图 2a
硅光电池的伏安特性曲线
图 2b
硅光电池的光照特性曲线 2： 短路电流
*图 2b 中 1： 开路电压
图 2a 为硅光电池的伏安特性曲线。
在一定光照度下，硅光电池的伏安特性呈非线性。
图 2b 为硅光电池的光照特性曲线。
负载电阻在 20 欧姆以下时，短路电流与光照有比较好的线性关系，负载电阻过 大，则线性会变坏。
开路电压则是指负载电阻远大于光电池的内阻时硅光电池两端的电压， 而当硅光电池的输出端开路时有 和 可得开路电压为：
， 由 （2）
（3） 开路电压与光照度之间为对数关系，因而具有饱和性。
因此，把硅光电池作为敏感元件时，应该把它当作电流源的 形式使用，即利用短路电流与光照度成线性的特点，这是硅光电池的主要优点。
实验 步骤： 1.按照要求连接电路 2.关闭暗箱 3.更改自变量，记录数据 数据 记录： 光源电压 10v 伏安特性 Rx（Ω ） 0 100 200 300 400 600 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000 20000 开路 光源电压（V） 4 5 6 7 8 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 光照强度（Lx） 6 20 50 103 188 311 389 479 591 701 834 982 光照强度 479Lx Usc（mV） Iph（mA） 658 1300 1654 2176 2671 2977 3546 4024 4172 4240 4281 4309 4336 4354 4391 4426 开路电压 Udc（mV） 光源电压 120v 伏安特性 Usc（mV） 0.5065 0.5041 0.4995 0.4806 0.443 0.4086 0.3163 0.1895 0.1332 0.103 0.0831 0.0686 0.0531 0.0431 0.0219 0 短路电流 Isc（mA) 3188 3588 3807 3967 4090 4192 4235 4267 4315 4354 4391 4458 0.0036 0.0157 0.0165 0.09 0.017 0.0187 0.0223 0.0193 0.0245 0.0163 0.0223 0.0113 光照强度 982Lx Iph（mA） 3168 3366 3527 3645 3746 3895 4070 4248 4318 4353 4393 4401 4413 4422 4440 4461 0.5402 0.495 0.4534 0.4187 0.3865 0.3333 0.2584 0.1655 0.1202 0.0938 0.0617 0.0533 0.0426 0.035 0.0195 0
数据 处理：
实验 讨论： 进行实验时，不要过于着急，要等表稳定了，再去计数。
仪器 状态： 正常
。