光电信号转换测试

实验报告：光电信号转换测试

一、实验目的

1、了解光电响应现象及光电响应的原理。

2、熟悉利用电化学手段测试光电响应的方法，能熟练的操作电化学工作站进行光电响应的测试。

二、实验内容

通过电化学的方法测试样品的光电相应参数，如记录光电流值，开路电压，计算样品的功率，并根据数据进行作图分析。

三、实验原理

光伏响应原理：

P 型半导体（空穴多）和n 型半导体（电子多）相结合时，在其交界处形成p-n 结，p 区的空穴向n 区扩散，n 区的电子向p 区扩散，引起p 区荷负电，n 区荷正电，在p-n

交界面附近的一个区域（结区，或称耗尽区）内形成一电

图1(a) 太阳光辐照下的硅p-n 结太阳能带, 图1(b)太阳能电池的理想等效

场，称为内建电场，如图1（a）所示。图中左侧为n区，右侧为p区，纵坐

标为电子能量。电子能量越高，电势越低。n区电势比p区电势高，电场方向

由n区指向p区。当光电池受到太阳光照时，能量大于构成p-n结的半导体材料的禁带宽度Eg的光子将价带电子激发到导带，同时在价带中产生空穴，它

们都称为光生载流子。在p-n结的结区，光生电子和空穴被内建电场分别推到势垒的n、p区边沿，然后向各自的内部扩散，在两端形成电压，这就是光伏

效应。若在p-n结两端接入外电路，该光生电压就可形成电流。从外电路来看，发生光伏效应的那个p-n结就是一个电源，即光电池，如图1（b）所示。

四、材料与仪器

电化学工所站、太阳能电池。

五、实验步骤

1. 完成电化学工作站的测试电路的连接；

2. 点start开始测试，测量样品的光电响应曲线、暗态和光照下的开路电极电势，并记录所得的光电流以及开路电压，并计算样品的功率。

六、实验数据记录与分析

1. I-V特征曲线：

暗态：

亮态：

2. 由图可知，该太阳能电池的短路电流I sc=7

3.83×10-3 A，开路电压

V oc=570.0×10-3 V

转换因子FF=P max/(I sc×V oc)=36.92×10-3/73.83×10-3×570.0×10-3=87.73% 效率η= P max/P=36.92/59×4=15.64%

3. 光电转化的过程

当光电池受到太阳光照时，能量大于构成p-n结的半导体材料的禁带宽度Eg的光子将价带电子激发到导带，同时在价带中产生空穴，它们都称为光生载流子。在p-n结的结区，光生电子和空穴被内建电场分别推到势垒的n、p区边沿，然后向各自的内部扩散，在两端形成电压。