硅光电池特性的研究实验报告2

合集下载

硅光电池实验报告

硅光电池实验报告本实验主要介绍了硅光电池的基本工作原理和实验步骤，以及实验结果与分析。

一、实验目的1.了解硅光电池的基本原理和结构。

2.通过实验测量硅光电池的电流和电压，了解其基本特性。

3.利用测量结果计算硅光电池的效率。

二、实验原理硅光电池是一种将太阳能转化为电能的器件。

其基本原理是利用硅的P-N结，将太阳能转换成电能。

硅光电池的基本结构如图1所示。

太阳能照射在硅光电池的P-N结上，使之内部产生电子和空穴，形成电荷对。

由于P-N结两侧的导体是一个正极，一个负极，所以电荷对被分离开来，形成电流。

这就完成了将太阳能转换为电能的过程。

三、实验步骤1.将硅光电池连接到直流电源上，设定电源的电压为0V。

2.打开电源开关，调节电源输出电压，从0V开始，每隔0.1V记录一次硅光电池的输出电流和电压。

3.将步骤2中记录的数据绘制出输出电压与输出电流的关系曲线。

4.根据输出电流和电压的数据，计算硅光电池的效率。

四、实验结果与分析从图中可以看出，当硅光电池的输出电压逐渐增加时，输出电流也逐渐增加。

当输出电压到达0.4V时，输出电流达到了最大值，此时的最大输出电流为1.56mA。

随后，随着输出电压的进一步增加，输出电流逐渐减小，直到输出电压增长到0.52V时，输出电流降到了0。

根据以上实验数据可以计算硅光电池的效率。

所谓硅光电池的效率，就是指将太阳能转换成电能的比率。

硅光电池的效率 = 输出功率 / 太阳能照射的面积输出功率可以根据实验数据计算出来：最大输出电流 I = 1.56mA输出功率 P = V * I = 0.624mW太阳能照射的面积一般是由硅光电池的面积来决定的。

假设本实验使用的硅光电池面积为200mm^2，则太阳能照射的面积为0.02dm^2。

硅光电池的效率η = 0.624mW / 0.02dm^2 = 31.2%五、实验结论通过本次实验，我们深入了解了硅光电池的基本原理和结构，掌握了硅光电池的测量方法，以及计算其效率的方法。

硅光电池基本特性的研究(精)

实验5 硅光电池基本特性的研究硅光电池又称光生伏特电池，简称光电池.它是一种将太阳或其他光源的光能直接转换成电能的器件.由于它具有重量轻、使用安全、无污染等特点，在目前世界性能源短缺和环境保护形势日益严峻的情况下，人们对硅光电池寄予厚望.硅光电池很可能成为未来电力的重要来源，同时，硅光电池在现代检测和控制技术中也有十分重要的地位，在卫星和宇宙飞船上都用硅光电池作为电源.本实验对硅光电池的基本特性做初步研究.一.实验目的1. 了解硅光电池的基本结构及基本原理.2. 研究硅光电池的基本特性：3．硅光电池的开路电压和短路电流以及它们与入射光强度的关系;4．硅光电池的输出伏安特性等。

二. 实验仪器YJ-CGQ-I典型传感特性综合实验仪、光源、负载电阻箱.数字万用表.连接线1. 实验装置实验装置由光源和硅光电池两部分组成, 如图1所示.图12. 负载电阻箱如图2所示.图2三. 实验原理1.硅光电池的基本结构.硅光电池用半导体材料制成，多为面结合PN结型，靠PN结的光生伏特效应产生电动势.常见的有硅光电池和硒光电池.在纯度很高、厚度很薄（0.4mm）的N型半导体材料薄片的表面，采用高温扩散法把硼扩散到硅片表面极薄一层内形成P层，位于较深处的N层保持不变，在硼所扩散到的最深处形成PN结.从P层和N层分别引出正电极和负电极，上表面涂有一层防反射膜，其形状有圆形、方形、长方形，也有半圆形.硅光电池的基本结构如图3所示.图32.硅光电池的基本原理当两种不同类型的半导体结合形成PN结时.由于分界层（PN结）两边存在着载流子浓度的突变，必将导致电子从N区向P区和空穴从P区向N区扩散运动，扩散结果将在PN结附近产生空间电荷聚集区，从而形成一个由N区指向P区的内电场.当有光照射到PN结上时，具有一定能量的光子，会激发出电子-空穴对.这样，在内部电场的作用下，电子被拉向N区，而空穴被拉向P区.结果在P区空穴数目增加而带正电，在N区电子数目增加而带负电，在PN结两端产生了光生电动势，这就是硅光电池的电动势.若硅光电池接有负载，电路中就有电流产生.这就是硅光电池的基本原理.单体硅光电池在阳光照射下，其电动势为0.5-0.6V，最佳负荷状态工作电压为0.4-0.5V，根据需要可将多个硅光电池串并联使用.3.硅光电池的光电转换效率硅光电池在实现光电转换时，并非所有照射在电池表面的光能全部被转换为电能.例如，在太阳照射下，硅光电池转换效率最高，但目前也仅达22%左右.其原因有多种，如：反射损失；波长过长的光（光子能量小）不能激发电子空穴对，波长过短的光固然能激发电子-空穴对，但能量再大，一个光子也只能激发一个电子-空穴对；在离PN较远处被激发的电子-空穴对会自行重新复合，对电动势无贡献；内部和表面存在晶格缺陷会使电子-空穴对重新复合；光电流通过PN结时会有漏电等.4. 硅光电池的基本特性4.1 硅光电池的开路电压与入射光强度的关系硅光电池的开路电压是硅光电池在外电路断开时两端的电压，用U∞表示，亦即硅光电池的电动势.在无光照射时，开路电压为零.硅光电池的开路电压不仅与硅光电池材料有关，而且与入射光强度有关，而且与入射光强度有关.在相同的光强照射下，不同材料制做的硅光电池的开路电压不同.理论上，开路电压的最大值等于材料禁带宽度有1/2.例如，禁带宽度为1.1eV的硅做硅光电池，开路电压为0.5-0.6V.对于给定的硅光电池，其开路电压随入射光强度变化而变化.其规律是：硅光电池开路电压与入射光强度的对数成正比，即开路电压随入射光强度增大而增大，但入射光强度越大，开路电压增大得越缓慢.4.2 硅光电池的短路电流与入射光的关系硅光电池的短路电流就是它无负载时回路中电流，用I SC表示.对给定的硅光电池，其短路电流与入射光强度成正比.对此，我们是容易理解的，因为入射光强度越大，光子越多，从而由光子激发的电子-空穴对越多，短路电流也就越大.4.3在一定入射光强度下硅光电池的输出特性当硅光电池两端连接负载而使电路闭合时，如果入射光强度一定，则电路中的电流I和路端电压U均随负载电阻的改变而改变，同时，硅光电池的内阻也随之变化.硅光电池的输出伏安特性曲线如图4所示.图4中，I SC 为U =0，即短路时的电流，I SC .U∞为I=0，即开路时的路端电压，也就是硅光电池在该入射光强度下的开路电压，曲线上任一点对对应的I 和U 的乘积（在图中则是一个矩形的面积），就是硅光电池在相应负载电阻时的输出功率P .曲线上有一点M ，它的对应I mp 和U mp 的乘积（即图中画斜线的矩形面积）最大.可见，硅光电池仅在它的负载电阻值为U mp 和Imp 值时，才有最大输出功率.这个负载电阻称为最佳负载电阻，用R mp 表示.因此，我们通过研究硅光电池在一定入射光强度下的输出特性，可以找出它在该入射光强度下的最佳负载电阻.它在该负载电阻时工作状态为最佳状态，它的输出功率最大.4.4硅光电池在一定入射光强度下的曲线因子（或填充因子）F ·F曲线因子定义式为F ·F =（U mp I mp ）/（U ∞I SC ）我们知道，在一定入射光强度下，硅光电池的开路电压U ∞和短路电流I SC 是一定的.而U mp 和I mp 分别为硅光电池在该入射光强度下输出功率最大时的电压和电流.可见，曲线因子的物理意义是表示硅光电池在该入射光强度下的最大输出效率.从硅光电池的输出伏安特性曲线来看，曲线因子F ·F 的大小等于斜线矩形的面积（与M 点对应）与矩形I SC U ∞的面积（与M 点对应）之比.如果输出伏安特性曲线越接近矩形，则M 与M ′就越接近重合，曲线因子F · F 就越接近1，硅光电池的最大输出效率就越大.四．实验内容与步骤1. 硅光电池基本常数的测定(1) 测定在一定入射光强度下硅光电池的开路电压U∞和短路电流ISC.调节光源与硅光电池处于适当位置不变.b.测出硅光电池的开路电压U∞c.测出硅光电池的短路电流ISC.(2) 测定硅光电池的开路电压和短路电流与入射光强度的关系.a.光源与硅光电池正对时，测出开路电压U∞1和短路电流ISC1.b.转动硅光电池一定角度（如15o）测出U∞2和ISC2.c.转动硅光电池角度为30o、45o、60o、75o、90o时，测出不同位置下的U∞和ISC.d. 自拟数据表格，并用坐标纸画出ISC—Ө及U∞—Ө曲线.2. 在一定入射光强度下，研究硅光电池的输出特性.保持光源和硅光电池处于适当的位置不变，即保持入射光强度不变.(1) 测量开路电压U∞和短路电流ISC.(2) 分别测出不同负载电阻下的电流I和电压U.(3) 根据U∞、ISC及一系列相应的R、U、I值.填入自拟表格中.(4) 计算在该入射光强度下，与各个R相对应的输出功率P=IU，求出最大输出功率P max，以及相应的硅光电池的最佳负载电阻Rmp、Ump、Imp值.(5) 作P—R及输出伏安特性I—U曲线.(6) 计算曲线因子F·F=（UmpImp）/(U∞ISC).。

光电检测实验报告(2)硅光电池

光电检测实验报告实验名称：硅光电池特性测试实验实验者：实验班级：实验时间：指导老师：宋老师一：实验目的1、学习掌握硅光电池的工作原理2、学习掌握硅光电池的基本特性3、掌握硅光电池基本特性测试方法4、了解硅光电池的基本应用二、实验内容1、硅光电池短路电路测试实验2、硅光电池开路电压测试实验3、硅光电池光电特性测试实验4、硅光电池负载特性测试实验5、硅光电池光谱特性测试实验三、实验仪器1、硅光电池综合实验仪 1个2、光通路组件 1只3、光照度计 1台4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根6、三相电源线 1根7、实验指导书 1本8、20M 示波器 1台四、实验步骤1、硅光电池短路电流特性测试：（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。

（2）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。

（3）“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。

（4）按图2-11所示的电路连接电路图（5）记录下此时的电流表读数I即为硅光电池短路电流。

图2-11 硅光电池短路电流特性测试2、硅光电池开路电压特性测试（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。

（2）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。

（3）“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。

（4）按图2-12所示的电路连接电路图（5）记录下此时电压表的读数u即为硅光电池开路电压。

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 。

硅光电池特性测试试验

实验系列四、硅光电池特性测试实验光通路组件光调制控制输入端面光源•光器件输出端图2硅光电池光通路组件功能说明: 分光镜：50%透过50%反射镜，将平行光一半给照度计探头，一半给等测光器件，实验测试方便简单，照度计可实时检测出等测器件所接收的光照度。

一、实验目的分光镜①此处可拆卸 1、学习掌握硅光电池的工作原理 3、掌握硅光电池基本特性测试方法二、实验内容1、硅光电池短路电路测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 5、硅光电池负载特性测试实验 7、硅光电池光谱特性测试实验2、学习掌握硅光电池的基本特性4、了解硅光电池的基本应用 2、硅光电池开路电压测试实验 4、硅光电池伏安特性测试实验1、硅光电池综合实验仪 1个2、光通路组件 1只3、光照度计1台 4、2#迭插头对（红色，50cm ） 10根四、实验原理1、硅光电池的基本结构5、2#迭插头对（黑色，50cm ） 10根6、三相电源线 1根7、实验指导书 1本8、20M 示波器1台U U U U光电流照度计探头输出端滤色片光电探测器余弦校正器图2-1.半导体PN 结在零偏、反偏、正偏下的耗尽区2、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。

当半导体PN 结处于零偏或反偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场，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1确定eVI = I (e kT -1) +1 (1)式(1)中Is 为饱和电流，V 为PN '结两端电压，T 为绝对温度，Ip 为产生的光电流。

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 ；当光电池处于反偏时(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反偏状态。

实验五十二硅光电池特性的研究（精）

实验五⼗⼆硅光电池特性的研究（精）234实验五⼗⼆硅光电池特性的研究⼀、实验⽬的1．掌握PN 结形成原理及其⼯作机理； 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其⼯作特性。

⼆、仪器设备1．TKGD ―1型硅光电池特性实验仪； 2．信号发⽣器；3．双踪⽰波器。

三、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。

图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 。

2.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E g 有关。

发光波长λp可由下式确定：式(1)中h 为普朗克常数，c 为光速。

在实际的半导体材料中能级间隙E g 有⼀个宽度，因此发光⼆极管发出光的波长不是单⼀的，其发光波长半宽度⼀般在25～40nm 左右，随半导体材料的不同⽽有差别。

发光⼆极管输出光功率P 与驱动电流I 的关系由下式决定：式(2)中，η为发光效率，E p 是光⼦能量，e 是电荷常数。

硅光电池特性的研究实验报告2

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。

［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 o 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.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，严严卜日日尊十妙於却寻6 邮GO十色十血◎日&84$*问角*@E內P零偏反偏卩型耗尽区超正偏势垒削弱，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No 2、硅光电池的工作原理太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收光子的能量转化为电能。

硅光电池特性研究

硅光电池特性研究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]THKGD-1型硅光电池特性实验仪，函数信号发生器，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。

利用它可以进行以下实验内容：1) 硅光电池输出短路时光电流与输入光信号关系。

2) 硅光电池输出开路时产生光伏电压与输入光信号关系。

3) 硅光电池的频率响应。

4) 硅光电池输出功率与负载的关系。

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。

硅光电池特性研究

硅光电池特性研究硅光电池特性研究【实验⽬的】1．掌握PN结形成原理及其⼯作原理；2．了解LED发光⼆极管的驱动电流和输出功率的关系；3．掌握硅光电池的⼯作原理及其⼯作特性。

【实验原理】1．半导体PN结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WW反偏正偏图17-1. 半导体PN结在零偏、反偏、正偏下的耗尽区图17-1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组织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，使势垒削弱，使载流⼦扩散运动继续形成电流，这就是PN结的单向导电性，电流⽅向是从P指向N。

2．LED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E g 有关。

发光波长p λ可由下式确定：/p g hc E λ= （17-1）式（17-1）中的h 为普朗克常数，c 为光速。

在实际的半导体材料中能级间隙E g 有⼀个宽度，因此发光⼆极管发出光的波长不是单⼀的，其发光波长半宽度⼀般在25~40nm 左右，随半导体材料的不同⽽有差别。

发光⼆极管输出光功率P 与驱动电流I 的关系由下式决定：/p p E I e η= （17-2）式中η为发光效率，Ep 是光⼦能量，e 是电荷常数。

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
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｓｉｌｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌ

硅光电池特性研究

硅光电池特性的研究实验人：林晔顺023012037 合作人：林宗祥组号：A8【实验目的】1．设计简单的光路，研究硅光电池的主要参数和基本特性。

2．设计使用硅光电池对有关参量进行探测的实验方法及其简单应用。

【实验仪器】实验用具：电位差计、硅光电池（2DR65型，面积Φ=15nm2，光强100mW/cm2,温度为20oC时，开路电压大于500mV，短路电流为31~55mA，光谱峰值在0.45~1.1um范围内），光源，聚光透镜，检流计，滤色片，偏振片，开关等。

【实验基本原理】光电池是一种光电转换元件，不用外加电源而能直接把光能转换成电能。

它的种类很多，常见的有硒、锗、硅、砷化镓、氧化铜、硫化铊、硫化镉等。

其中最受重视、应用最广的是硅光电池。

它有一系列的优点：性能稳定，光谱范围宽，频率响应好，转换效率高，能耐高温辐射等。

同时它的光谱灵敏度与人眼的灵敏度最相近，所以，它在很多分析仪器、测量仪器、曝光表以及自动控制监测、计算机的输入和输出上用作探测元件，在现代科学技术中占有十分重要地位。

本实验仅对硅光电池的基本特性和简单应用作基本的了解和研究。

硅光电池是一种P—N结的单结光电池，当光照射到P—N结时，由于光激发的光生载流子的迁移，使P—N结两端产生了光生电动势，如果他与外电路中的负载接通，则负载电路中将由光电流产生。

硅光电池可分为单晶硅光电池和多晶硅光电池，其中本实验中使用的2DR型硅光电池属于单晶硅光电池。

下圖是常用的硅光电池的外形及结构示意图，为提高效率，在器件的受光面上进行氧化，形成SiO2保护膜，以防止表面反射光，并且表面电极做成梳妆，减少光生载流子的复合机会。

单晶硅光电池的转换率一般在10%左右，最高可达15%~20%。

目前，使用较广发的太阳能电池属于多晶硅光电池，转换率约为7%。

多晶硅光电池采用价格低廉的多晶硅作材料，而且可用简单的真空涂镀法制造，其大小不受晶体的大小限制，可制作大面积光电池。

硅光电池特性测试实验报告

硅光电池特性测试实验报告硅光电池特性测试实验报告系别：电子信息工程系班级：光电08305班组长：祝李组员：贺义贵、何江武、占志武实验时间：2010年4月2日指导老师：王凌波2010.4.6目录一、实验目的二、实验内容三、实验仪器四、实验原理五、注意事项六、实验步骤七、实验数据及分析八、总结一、实验目的1、学习掌握硅光电池的工作原理2、学习掌握硅光电池的基本特性3、掌握硅光电池基本特性测试方法4、了解硅光电池的基本应用二、实验内容1、硅光电池短路电路测试实验2、硅光电池开路电压测试实验3、硅光电池光电特性测试实验4、硅光电池伏安特性测试实验5、硅光电池负载特性测试实验6、硅光电池时间响应测试实验7、硅光电池光谱特性测试实验设计实验1：硅光电池光控开关电路设计实验设计实验2：简易光照度计设计实验三、实验仪器1、硅光电池综合实验仪 1个2、光通路组件 1只3、光照度计 1台4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根6、三相电源线 1根7、实验指导书 1本8、20M 示波器 1台四、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。

硅光电池特性的研究实验报告

实验报告姓名：李子汨班级：F0603028 学号：5060309108 实验成绩：同组姓名：钱鹏实验日期：2007/09/21 指导教师：批阅日期：硅光电池特性的研究实验目的：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。

实验原理：硅光电池的照度特性硅光电池是属于一种有PN结的单结光电池。

它由半导体硅中渗入一定的微量杂质而制成。

当光照射在PN结上时，由光子所产生的电子与空穴将分别向P区和N区集结，使PN 结两端产生光生电动势。

这一现象称为光伏效应。

1.硅光电池的短路电流与照度关系当光照射硅光电池时，将产生一个由N区流向P区的光生电流I ph，同时由于PN结二极管的特性，存在正向二极管管电流I D。

此电流方向从P区到N区，与光生电流相反，因此实际获得电流I为I=I pℎ−I D=I pℎ−I0[exp(qvnk B T) −1]式中V为结电压，I0为二极管反向饱和电流，I ph是与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数与负载电阻大小以及硅光电池的结构和材料特性有关。

n为理想系数是表示PN 结特性的参数，通常在1-2之间，q为电子电荷，k B为波尔茨曼常数，T为绝对温度。

在一定照度下，光电池被短路（负载电阻为零）则V = 0 由（1）式可得到短路电流I sc=I pℎ硅光电池短路电流与照度特性见图1。

2.硅光电池的开路电压与照度关系当硅光电池的输出端开路时，I = 0，由上两式可得开路电压V oc=nk B Tqln(I scI0+1)硅光电池开路电压与照度特性见图1。

硅光电池的负载特性当硅光电池接上负载R时，硅光电池工作可以在反向偏置电压状态或无偏压状态。

它的伏安特性见图2。

由图中可见，硅光电池的伏安特性曲线由二个部分组成：1.反偏工作状态，光电流与偏压、负载电阻几乎无关（在很大的动态范围内）；2.无偏工作状态，光电二极管的光电流随负载电阻变化很大。

由图2可看到，在一定光照下，负载曲线在电流轴上的截距是短路电流I ph，在电压轴上的截距即为开路电压V oc。

硅光电池特性实验

硅光电池特性实验硅光电池是一种能够将太阳能转化为电能的半导体器件。

在这个实验中，我们将探究硅光电池的特性，包括其随着光照强度、温度和负载电阻的变化，以及其I-V曲线和P-V 曲线。

实验材料：1.硅光电池2.台式数字万用表3.90W白色LED灯4.恒流源5.电阻箱实验步骤：1.电路连接：将硅光电池通过恒流源连接到数字万用表上，并用电阻箱连接一个负载电阻。

2.测量I-V曲线：将电路连接好后，使用数字万用表测量电路中的电流和电压，记录数据。

3.测量P-V曲线：根据上一步测量所获得的数据，计算出该电路对应的功率，并绘制出P-V曲线。

4.测量光照强度对硅光电池输出功率的影响：在不同光照强度下，使用相同的负载电阻测量输出功率，并绘制出曲线。

5.测量温度对硅光电池输出功率的影响：在不同温度下，使用相同的负载电阻测量输出功率，并绘制出曲线。

6.观察负载电阻对硅光电池输出功率的影响：在相同光照强度和温度下，使用不同的负载电阻测量输出功率，并绘制出曲线。

实验结果：1.I-V曲线和P-V曲线：随着电压的增加，电流也会逐渐增加，但当电压达到一定值后，电流增加缓慢。

而功率则是电流和电压的乘积，呈现出一个“山峰”状的曲线，当电压达到一个最大值后，功率也会达到最大值，随后急剧下降。

2.光照强度对输出功率的影响：当光照强度增加时，输出功率也会随之增加。

但是当光照强度超过一定范围后，输出功率不再增加，反而开始下降。

3.温度对输出功率的影响：随着温度的升高，输出功率逐渐下降。

这是因为高温会使硅光电池的导电能力下降，从而降低其输出功率。

4.负载电阻对输出功率的影响：负载电阻的变化会影响电路中的电流和电压，从而对输出功率产生影响。

当负载电阻较小时，电路的电流较大，但电压较小，这会导致输出功率较低。

而当负载电阻较大时，电路的电流较小，但电压较大，可以使输出功率达到最大值。

结论：通过本次实验，我们得到了以下结论：1.硅光电池的I-V曲线和P-V曲线呈现出一定规律性，当电压达到一定值后，电流增加缓慢，随后Gong率开始下降。

硅光电池特性实验

硅光电池特性实验(3000系列)一、实验目的：了解光电池的光照、光谱特性，熟悉其应用。

二、基本原理：光电池是根据光生伏特效应制成的，不需加偏压就能把光能转换成电能的p-n结的光电器件。

当光照射到光电池P-N结上时，便在P-N结两端产生电动势。

这种现象叫“光生伏特效应”，将光能转化为电能。

该效应与材料、光的强度、波长等有关。

三、需用器件与单元：主机箱中的0～20mA可调恒流源、转速调节0～24V电源、电流表、电压表；庶光筒、发光二极管；硅光电池、光电器件实验（一）模板、。

四、实验步骤1、光照特性（开路电压、短路电流）⑴、光电池在不同的照度下，产生不同的光电流和光生电动势。

它们之间的关系就是光照特性。

实验时，为了得到光电池的开路电压Voc和短路电流Is不要同时（同步）接入电压表和电流表，要错时（异步）接入电路来测量数据。

a、光电池的开路电压(Voc)实验：按图43—1安装接线（注意接线孔的颜色相对应即+、-极性相对应），发光二极管的输入电流根据实验四十光照度对应的(如下表43—1的照度值)电流值，读取电压表Voc的测量值填入表43—1中。

表43—1光电池的开路电压(Voc)实验数据图43—1 光电池的开路电压(Voc)实验接线图b、光电池的短路电流(Is)实验：按图43—2安装接线（注意接线孔的颜色相对应即+、-极性相对应），发光二极管的输入电压根据实验四十光照度对应的(如下表43—2的照度值)电压值，读取电流表Is的测量值填入表43—2中。

表43—2 光电池的短路电流(Is)实验数据图43—2光电池的短路电流(Is)实验接线图⑵、根据表43—1、43—2的实验数据作出图43—3特性曲线图。

Voc（mV） Is(mA)0 照度（Lx） 100图43—3光电池开路电压短路电流特性曲。

硅光电池检测实验报告

硅光电池检测实验报告
实验目的：
本实验旨在通过对硅光电池的检测，了解其性能参数，并分析其工作原理。

实验装置：
1. 硅光电池
2. 多用表
3. 光源
4. 直流电源
实验步骤：
1. 将硅光电池连接到多用表，设置为电流测量模式。

2. 调整光源的距离，使得光线垂直照射到光电池表面。

3. 打开直流电源，接通电流。

4. 记录电流表的示数，即为硅光电池的输出电流值。

5. 关闭直流电源。

实验结果：
根据实验得到的数据，我们得到了硅光电池的输出电流值。

实验讨论：
根据实验结果可以得知，硅光电池输出的电流是由光照强度所引起的。

光照强度越大，输出电流就越大。

这是因为光照能够激发硅光电池中的光生电荷，从而产生电流。

硅光电池的工作原理是光生电荷的电场效应，通过电场的作用使得电荷能够在电极之间形成电流。

结论：
通过本实验，我们了解了硅光电池的工作原理，并获得了硅光电池的输出电流值。

硅光电池是一种将光能转化为电能的光电转换装置，在太阳能发电和其他光电应用中具有重要的应用价值。

实验二硅光电池负载特性的测试打印

实验二十二硅光电池　一、实验目的　１．掌握硅光电池的正确使用方法；　２．了解光电池零负载，以及不同负载时光电流与照度的关系。

　二、工作原理　光电池具有半导体结型器件无源直接负载下的工作特性，工作原理如图１所示：外接负载为ＲＬ、Ｉｐ为光电流，ＩＤ为二极管结电流。

　Ｉ为通过负载的外电流：　/(1)Tv v D sc I I I I I eφφ=−=−− （１）　其中ＩＳＣ为光电流反向饱和电流。

当qK V TT =为温度电压当量时，负载ＲＬ上的电压Ｖ＝ＩＲＬ　给光电池正向偏压。

　１．　当零负载时（ＲＬ＝０），（１）式外电流为短路电流：　sc p I I SE== （２）Ｓ为光电流灵敏度，短路电流ＩＳＣ和照度Ｅ成正比。

　２．　当开路时，（ＲＬ＝∞），（１）式外电流Ｉ＝０则开路电压为　ln(1p oc T SCI V V I =+ （３）　开路电压Ｖｏｃ与照度Ｅ几乎无关；所有照度下的开路电压Ｖｏｃ趋于光电池正向开启电压Ｖ＝０．６伏。

并小于这个电压值。

　３．　最佳负载，负载在ＲＬ＝０～∞之间变化按经验公式求出最佳负载　光I FR LI D IANP图1 光电池工作原理图m (0.60.8)(0.60.8)I m oc oc opt sc V V V R I SE =≈=:: （４）　当ＲＬ≤Ｒｏｐｔ时，并忽略光电池结电流，负载电流近似等于恒定短路电流。

　当ＲＬ＞Ｒｏｐｔ时，光电池结电流按指数增加，负载电流近似于指数形式减小。

　三、实验内容　１．　测定电池零负载下Ｉｐ和Ｅ的关系；　２．　测定光电池不同负载情况下特性数据。

　四、实验仪表和器材　照度计、钨丝灯、调压变压器、稳定电源、毫伏电压表、微安表、电阻和电位计等。

　五、实验线路装置　光电池负载实验线路装置如图２所示。

　光电池受光照后，产生光电流Ｉ２。

在Ａ、Ｂ两点的毫伏电压会产生偏转。

调节稳压电源ＶＥ后，产生补偿电流Ｉ１，Ｉ１和光电流Ｉ２方向相反。

调节电位计Ｒ５（粗调）和Ｒ６（细调）使补偿电流Ｉ１与光电流Ｉ２相减，并促使毫伏电压表Ｇ１指示为零。

硅光电池特性的研究实验报告

2.研究硅光电池的主要参数和基本特性。

实验原理：硅光电池的照度特性硅光电池是属于一种有PN结的单结光电池。

它由半导体硅中渗入一定的微量杂质而制成。

当光照射在PN结上时，由光子所产生的电子与空穴将分别向P区和N区集结，使PN 结两端产生光生电动势。

这一现象称为光伏效应。

n为理想系数是表示PN 结特性的参数，通常在1-2之间，q为电子电荷，k B为波尔茨曼常数，T为绝对温度。

在一定照度下，光电池被短路（负载电阻为零）则V = 0 由（1）式可得到短路电流I sc=I pℎ硅光电池短路电流与照度特性见图1。

2.硅光电池的开路电压与照度关系当硅光电池的输出端开路时，I = 0，由上两式可得开路电压V oc=nk B Tqln(I scI0+1)硅光电池开路电压与照度特性见图1。

硅光电池的负载特性当硅光电池接上负载R时，硅光电池工作可以在反向偏置电压状态或无偏压状态。

它的伏安特性见图2。

由图2可看到，在一定光照下，负载曲线在电流轴上的截距是短路电流I ph，在电压轴上的截距即为开路电压V oc。