实验九硅光电池特性的研究 光电池是一种很重要的光电探测元件,它不需要外加电源而能直接把光能转换成电 能.光电池的种类很多,常见的有硒,锗,硅,砷化镓等.其中最受重视的是硅光电池, 因为它有一系列优点:性能稳定,光谱范围宽,频率特性好,转换效率高,能耐高温辐射 等.同时,硅光电池的光谱灵敏度与人眼的灵敏度较为接近,所以很多分析仪器和测量仪 器常用到它.本实验仅对硅光电池的基本特性和简单应用作初步的了解和研究 【实验目的】 1.研究硅光电池的主要参数和基本特性; 2.利用硅光电池设计一项具体应用 【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,将产生一个由N区流向P区的光生电流/ph,同时由于PN结二极管 的特性,存在正向二极管管电流p,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/为 nk T 式中为结电压,为二极管反向饱和电流,lp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,k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)式可得到短路电流 = 硅光电池短路电流与照度特性见图 (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)式可得开路电压实验九 硅光电池特性的研究 光电池是一种很重要的光电探测元件，它不需要外加电源而能直接把光能转换成电 能．光电池的种类很多，常见的有硒，锗，硅，砷化镓等．其中最受重视的是硅光电池， 因为它有一系列优点：性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，转换效率高，能耐高温辐射 等．同时，硅光电池的光谱灵敏度与人眼的灵敏度较为接近，所以很多分析仪器和测量仪 器常用到它．本实验仅对硅光电池的基本特性和简单应用作初步的了解和研究． 【实验目的】 1．研究硅光电池的主要参数和基本特性； 2．利用硅光电池设计一项具体应用． 【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，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 ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −=−= 1 n exp 0 Tk qV IIIII B PhDPh （1） 式中V为结电压，I0为二极管反向饱和电流，I Ph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）式可得到短路电流 B SC Ph = II （2） 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 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = +1ln 0 I I q Tnk V B SC OC （3） - 47 -