硅光电池特性.PDF

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 e V  e V   I I ( ekT 1) I exp  1 s s  kT   （1）   式 （1）中I 为流过二极管的总电流，I 为反向饱和电流，e为电子电荷，k为 s 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： e V  e V   I I s ( e kT 1) I p I s exp  1 I p    kT   （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 I ；当光电池处于负偏时 （在本实验中 p 取V -5V），流过PN 结的电流I I -I 。因此，当光电池用作光电转换器时，光电