硅光電池特性測試實驗報告(已修改)
2025-04-06 06:36 本頁面
【正文】 .. . . . ..硅光電池特性測試實驗報告系別：電子信息工程系班級：光電08305班組長：祝李組員：賀義貴、何江武、占志武實驗時間：2010年4月2日指導(dǎo)老師：王凌波目 錄一、實驗?zāi)康亩嶒瀮?nèi)容三、實驗儀器四、實驗原理五、注意事項六、實驗步驟七、實驗數(shù)據(jù)及分析八、總結(jié)學(xué)習(xí)參考一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)掌握硅光電池的工作原理學(xué)習(xí)掌握硅光電池的基本特性掌握硅光電池基本特性測試方法了解硅光電池的基本應(yīng)用二、實驗內(nèi)容硅光電池短路電路測試實驗硅光電池開路電壓測試實驗硅光電池光電特性測試實驗硅光電池伏安特性測試實驗硅光電池負(fù)載特性測試實驗硅光電池時間響應(yīng)測試實驗硅光電池光譜特性測試實驗設(shè)計實驗1：硅光電池光控開關(guān)電路設(shè)計實驗設(shè)計實驗2：簡易光照度計設(shè)計實驗三、實驗儀器硅光電池綜合實驗儀 1個光通路組件 1只光照度計 1臺2迭插頭對（紅色，50cm） 10根2迭插頭對（黑色，50cm） 10根三相電源線 1根實驗指導(dǎo)書 1本20M 示波器 1臺四、實驗原理硅光電池的基本結(jié)構(gòu)目前半導(dǎo)體光電探測器在數(shù)碼攝像﹑光通信﹑太陽電池等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，硅光電池是半導(dǎo)體光電探測器的一個基本單元，深刻理解硅光電池的工作原理和具體使用特性可以進(jìn)一步領(lǐng)會半導(dǎo)體PN結(jié)原理﹑光電效應(yīng)理論和光伏電池產(chǎn)生機(jī)理。零偏反偏正偏圖 21. 半導(dǎo)體PN結(jié)在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗盡區(qū) 圖21是半導(dǎo)體PN結(jié)在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗盡區(qū)，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體材料結(jié)合時，由于P型材料空穴多電子少，而N型材料電子多空穴少，結(jié)果P型材料中的空穴向N型材料這邊擴(kuò)散，N型材料中的電子向P型材料這邊擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果使得結(jié)合區(qū)兩側(cè)的P型區(qū)出現(xiàn)負(fù)電荷，N型區(qū)帶正電荷，形成一個勢壘，由此而產(chǎn)生的內(nèi)電場將阻止擴(kuò)散運(yùn)動的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時，在PN結(jié)兩側(cè)形成一個耗盡區(qū)，耗盡區(qū)的特點是無自由載流子，呈現(xiàn)高阻抗。當(dāng)PN結(jié)反偏時，外加電場與內(nèi)電場方向一致，耗盡區(qū)在外電場作用下變寬，使勢壘加強(qiáng)；當(dāng)PN結(jié)正偏時，外加電場與內(nèi)電場方向相反，耗盡區(qū)在外電場作用下變窄，勢壘削弱，使載流子擴(kuò)散運(yùn)動繼續(xù)形成電流，此即為PN結(jié)的單向?qū)щ娦?電流方向是從P指向N。硅光電池的工作原理硅光電池是一個大面積的光電二極管，它被設(shè)計用于把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能，因此，可用作光電探測器和光電池，被廣泛用于太空和野外便攜式儀器等的能源。光電池的基本結(jié)構(gòu)如圖22，當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)處于零偏或反偏時，在它們的結(jié)合面耗盡區(qū)存在一內(nèi)電場，當(dāng)有光照時，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶，激發(fā)出的電子空穴對在內(nèi)電場作用下分別飄移到N型區(qū)和P型區(qū)，當(dāng)在PN結(jié)兩端加負(fù)載時就有一光生電流流過負(fù)載。流過PN結(jié)兩端的電流可由式1確定圖 式（1）中Is為飽和電流，V為PN結(jié)兩端電壓，T為絕對溫度，Ip為產(chǎn)生的光電流。從式中可以看到，當(dāng)光電池處于零偏時，V=0，流過PN結(jié)的電流I=Ip；當(dāng)光電池處于反偏時（在本實驗中取V=5V），流過PN結(jié)的電流I=IpIs，因此，當(dāng)光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時，光電池必須處于零偏或反偏狀態(tài)。光電池處于零偏或反偏狀態(tài)時，產(chǎn)生的光電流Ip與輸入光功率Pi有以下關(guān)系：硅光電池的基本特性(1) 短路電流 圖23
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