实验七 硅光电池特性测试实验

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1、实验七硅光电池特性测试实验一、实验目的：1.深入理解光敏二极管的工作原理、基本结构、性能及应用。2.了解NI数据数采卡的基本使用3.了解利用虚拟仪器进行信号处理的方法二、实验仪器：光电传感器实验模块、恒流源、直流稳压电源、数显单元、NI数据采集卡、计算机等三、实验原理：光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定

2、频率的照射下，释放出光电子的现象。当光照射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。当外加偏置电压与结内电场方向一致，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。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。图7-1光敏二极管原理

3、结构图当没有光照射时，光电二极管相当于普通的二极管。其伏安特性是式中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，流过PN结两端的电流可由下确定：式中I为流过光电二极管的总电流,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，当光电二极管处于零偏时，V=0，流过PN结的电流I=Ip；当光电二极管处于负偏时

4、（在本实验中取V=-4V），流过PN结的电流I=Ip-Is。因此，当光电二极管用作光电转换器时，必须处于零偏或负偏状态。图7-2光电二极管光电信号接收框图图7-2是光电二极管光电信号接收端的工作原理框图，光电二极管把接收到的光信号转变为与之成正比的电流信号，再经I/V转换模块把光电流信号转换成与之成正比的电压信号。四、实验内容与步骤：1、如图7-3所示,光敏二极管置于光电传感器模块上的暗盒内，其两个引脚引到面板上。通过实验导线将光电二极管接到光电流/电压转换电路的VD两端、光电流/电压转换输出接数据采集卡AI0通道。2、打开实验台电源，将±15V电源

5、接入传感器应用实验模块。将光电二极管“+”极接地或者-4V。图7-3试验接线图3、0～20mA恒流源接LED两端，调节LED驱动电流改变暗盒内的光照强度。4、打开LabVIEW程序“硅光电池特性测试实验”，在步长中输入每次采样输入电流的变化量（一般设为1mA），选择测量模式（零偏/负偏）。5、运行“硅光电池特性测试实验”按照设定的步长调节恒流源的输出，改变LED的光照强度，按下“采样”采集对应的电压值，经过十次采样后得到得到电压-电流曲线，如图7-4所示；图7-4a硅光电池特性测试系统的前台界面图7-4b硅光电池特性测试系统的前台界面图7-5硅光电池

6、特性测试检测系统的程序图五、实验报告：1、根据计算机采集处理得到的关系图比较光敏二极管在零偏和负偏状态下输出的不同之处，思考产生差别的原因。并通过查阅资料了解光敏二极管在这两种状态下的用途。2、加强对光敏二极管的原理和特性的理解，掌握最小二乘线性拟合方法。3、说明光敏二极管和普通二极管在结构，原理和使用方法上的差别