硅光电池特性的研究.pdf

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1、实验报告姓名：dsffss班级：F1000000学号：5100000000实验成绩：同组姓名：实验日期：2011-10-10指导老师：助教15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】1．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

2、，将产生一个由N区流向P区的光生电流IPh，同时由于PN结二极管的特性，存在正向二极管管电流ID，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qVIIIII[exp()1](1)PhDPh0nkTB式中V为结电压，I0为二极管反向饱和电流，IPh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，kB为波尔茨曼常数，T为绝对温度．在一定照度下，当光电池被短路（负载电阻为零），V=0，由（1）式可得到短路

3、电流II(2)SCPh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（1）与（2）式可得开路电压nkTIBSCVln(1)(3)OCqI0硅光电池开路电压与照度特性见图1．2．硅光电池的伏安特性当硅光电池接上负载R时，硅光电池可以工作在反向偏置电压状态或无偏压状态．它的伏安特性见图2．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．~1~由图2

4、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IPh，在电压轴上的截距即为开路电压VOC．3．硅光电池的光谱响应．图3为硅光电池的光谱特性曲线．即相对灵敏度Kr和入射光波长λ的关系曲线．从图4中可看出，硅光电池的有效范围约在450—1100nm之间．硅光电池的灵敏度K为P()K()(4)()()T【数据记录与处理】1.硅光电池的照度（光强）特性实验数据如下表：角度数照度短路电流开路电压?230335122.00.420240314114.50.418250277101.30.41526022584.80.409

5、270165.763.70.402280108.141.00.38929054.123.50.37230023.210.80.3433103.13.00.291根据表中数据在Origin中作图如下：~2~硅光电池的照度特性曲线?????IU从图中可以看出，硅光电池的短路电流和光照强度呈线性关系，随着光照增大，短路电流增大。短路时负载为0，短路电流等于光生电流，说明光生电流的大小和照度呈正比。同时还能够发现硅光电池的开路电压也随光照强度的增大而增大，但是照度越强，改变量越小。2.硅光电池的伏安特性偏振片旋转0°时无偏置电压状态反向偏置电压

6、状态U/VIU/VI0.38923.92.95122.50.36740.12.40122.60.33860.02.06122.50.29486.21.44122.40.26998.20.99122.50.251105.00.57122.40.247106.50.03122.10.235109.90.215114.20.182118.50.158120.10.108121.6~3~偏振片旋转30°时无偏置电压状态反向偏置电压状态U/VIU/VI0.40010.02.8993.00.38520.42.5593.00.35739.32.019

7、2.90.33353.61.5692.90.31961.41.0892.80.30070.70.5492.70.28975.20.0392.60.27679.90.25186.40.22191.30.13695.70.06096.5偏振片旋转60°时无偏置电压状态反向偏置电压状态U/VIU/VI0.3724.42.8833.20.3686.32.1033.20.35910.21.7433.10.34814.31.4933.10.33219.21.0033.00.32221.80.6533.00.31223.90.2032.90.3062

8、5.00.29926.10.28128.20.27029.20.22931.2根据表中数据用Origin作图如下：~4~U/VU/V60°反向偏压工作区无偏压工作区30°0°硅光电池的伏安特性曲线I/μA观