硅光電池特性的研究.pdf

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1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：dsffss班級：F1000000學(xué)號：5100000000實(shí)驗(yàn)成績：同組姓名：實(shí)驗(yàn)日期：2011-10-10指導(dǎo)老師：助教15批閱日期：硅光電池特性的研究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解硅光電池的工作原理及其應(yīng)用；2.研究硅光電池的主要參數(shù)和基本特性．【實(shí)驗(yàn)原理】1．硅光電池的照度特性硅光電池是屬于一種有PN結(jié)的單結(jié)光電池．它由半導(dǎo)體硅中滲入一定的微量雜質(zhì)而制成．當(dāng)光照射在PN結(jié)上時，由光子所產(chǎn)生的電子與空穴將分別向P區(qū)和N區(qū)集結(jié)，使PN結(jié)兩端產(chǎn)生光生電動勢．這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)．（1）硅光電池的短路電流與照度關(guān)系當(dāng)光照射硅光電池時

2、，將產(chǎn)生一個由N區(qū)流向P區(qū)的光生電流IPh，同時由于PN結(jié)二極管的特性，存在正向二極管管電流ID，此電流方向從P區(qū)到N區(qū)，與光生電流相反，因此實(shí)際獲得電流I為qVI?I?I?I?I[exp()1]?(1)PhDPh0nkTB式中V為結(jié)電壓，I0為二極管反向飽和電流，IPh是與入射光的強(qiáng)度成正比的光生電流，其比例系數(shù)與負(fù)載電阻大小以及硅光電池的結(jié)構(gòu)和材料特性有關(guān)．n為理想系數(shù)，是表示PN結(jié)特性的參數(shù)，通常在1-2之間，q為電子電荷，kB為波爾茨曼常數(shù)，T為絕對溫度．在一定照度下，當(dāng)光電池被短路（負(fù)載電阻為零），V=0，由（1）式可得到短路

3、電流II?(2)SCPh硅光電池短路電流與照度特性見圖1．（2）硅光電池的開路電壓與照度關(guān)系當(dāng)硅光電池的輸出端開路時，I=0，由（1）與（2）式可得開路電壓nkTIBSCV??ln(1)(3)OCqI0硅光電池開路電壓與照度特性見圖1．2．硅光電池的伏安特性當(dāng)硅光電池接上負(fù)載R時，硅光電池可以工作在反向偏置電壓狀態(tài)或無偏壓狀態(tài)．它的伏安特性見圖2．圖中可見，硅光電池的伏安特性曲線由二個部分組成：（1）反偏工作狀態(tài)，光電流與偏壓、負(fù)載電阻幾乎無關(guān)（在很大的動態(tài)范圍內(nèi)）；（2）無偏工作狀態(tài)，光電二極管的光電流隨負(fù)載電阻變化很大．~1~由圖2

4、可看到，在一定光照下，負(fù)載曲線在電流軸上的截距是短路電流IPh，在電壓軸上的截距即為開路電壓VOC．3．硅光電池的光譜響應(yīng)．圖3為硅光電池的光譜特性曲線．即相對靈敏度Kr和入射光波長λ的關(guān)系曲線．從圖4中可看出，硅光電池的有效范圍約在450—1100nm之間．硅光電池的靈敏度K為P()?K()??(4)??()()T???【數(shù)據(jù)記錄與處理】1.硅光電池的照度（光強(qiáng)）特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：角度數(shù)照度短路電流開路電壓?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根據(jù)表中數(shù)據(jù)在Origin中作圖如下：~2~硅光電池的照度特性曲線?????IU從圖中可以看出，硅光電池的短路電流和光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系，隨著光照增大，短路電流增大。短路時負(fù)載為0，短路電流等于光生電流，說明光生電流的大小和照度呈正比。同時還能夠發(fā)現(xiàn)硅光電池的開路電壓也隨光照強(qiáng)度的增大而增大，但是照度越強(qiáng)，改變量越小。2.硅光電池的伏安特性偏振片旋轉(zhuǎn)0°時無偏置電壓狀態(tài)反向偏置電壓

6、狀態(tài)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~偏振片旋轉(zhuǎn)30°時無偏置電壓狀態(tài)反向偏置電壓狀態(tài)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偏振片旋轉(zhuǎn)60°時無偏置電壓狀態(tài)反向偏置電壓狀態(tài)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根據(jù)表中數(shù)據(jù)用Origin作圖如下：~4~U/VU/V60°反向偏壓工作區(qū)無偏壓工作區(qū)30°0°硅光電池的伏安特性曲線I/μA觀