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1、硅光电池伏-安特性的研究硅光电池（也常称为太阳能电池）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。它具有寿命长、使用方便、无噪音、无污染等优点。经过人们40 多年的努力，太 阳能电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。目前，太阳能电池已成为空间卫星的基本电 源和地面无电、少电地区及某些特殊领域（通信设备、气象台站、航标灯等）的重要电源。有 专家预言，在21世纪中叶，太阳能光伏发电将占世界总发电量的 15% 20%，成为人类的基础 能源之一，在世界能源构成中占有一定的地位。因而了解太阳能电池的工
2、作原理和基本性能非 常重要。【实验目的】1. 了解硅光电池的工作原理。2. 测定硅光电池的伏-安特性实验仪器】THKGD-1 型硅光电池特性实验仪图 1 硅光电池结构示意图实验原理】硅光电池内部结构如图 1 所示，主要由两部分组 成：n型硅基片层和p型硅受光层。根据pn结原理, 当光照在 p 型硅表面，且光子能量大于材料的禁带 宽度时,在 pn 结内产生电子-空穴对。 n 区电子密度 增加, p 区空穴密度增加,如果外电路处于开路状态, 那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区 获得附加正电荷, n 区获得附加负电荷,这样在 pn 结上产生一个光生电动势，这一现象称为光伏效应。如果连接灵
3、敏电流计形成闭合电路，则在回路中产 生光电流，光电流的大小与入射光强有关。硅光电池的工作原理是基于光伏效应。当半导体pn结处于零偏或反偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场，当有光照时，入射光子将把处于价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漂移到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结两端的电流可下式确定eVI = I （e kT 一 1） + Isp上式中I为饱和电流，V为pn结两端的电压，T为绝对温度，I为产生的光电流。从式中可以 sp看到，当硅光电池处于零偏时，V=0，流过pn结的电流I=Ip；当硅光电池处于反偏时（在本实验中
4、取V=-5V）,流过PN结的电流I=I-I。ps图2是硅光电信号接收端的工作原理框图，光电池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转换器把光电流信号转换成与之成正比的电压信号。比较光电池零偏和反偏时的信号，就可以测定光电池的饱和电流I。 当在硅光电池两端加一个负载就会有电流流过，当负载很小时，电流较小而电压较大；当负 载很大时，电流较大而电压较小。实验时可改变负载电阻只1的值来测定光电池的伏安特性曲线 （如图 3 所示）。零偏硅光电池图 2. 硅光电池光电信号接收框图iRVoc图3硅光电池的伏 安特性曲线【实验内容 】1硅光电池零偏和反偏时，其输出电压与输入光信号关系特性测定
5、如图4所示，观察仪器左上角“发送光强显示”表，同时在02000范围内调节发光强度旋钮（相当于调节发光二极管静态驱动电流，其调节范围对应于020mA之间），将功能转换开关分 别打到零偏和负（反）偏，让硅光电池输出端连接到I/V转换模块的输入端，将I/V转换模块的 输出端连接到数字电压表头（仪器右上角，单位：10-im V）的输入端，分别测定硅光电池在零 偏和反偏时输出电压与输入光信号关系。2硅光电池输出端连接恒定负载时，光电池输出电压与输入光信号关系测定将功能转换开关打到“负载” 处，将硅光电池输出端连接恒定 负载电阻（如取10K ）和数字电 压表，从020mA （发送光强指 示为02000）调
6、节发光二极管静 态驱动电流，实验测定硅光电池 输出电压随输入光强度的关系 曲线。3硅光电池伏安特性测定 在硅光电池输入光强度不变 时（如发送光强指示为 500，不 能太大），测量当负载从0100k Q的范围内变化时，记录光电池 的输出电压，由光电池的输出电 压和负载电阻值求得光电流，作 硅光电池伏安特性曲线。悄耳課节一杭特-O图 4 硅光电池特性实验仪注意事项】注意接线正、负【实验处理】1硅光电池零偏和反偏时，光电池输出电压与输入光信号关系特性测定光强1002003004005006007008009001000零偏（10-1 mV）2058103153209267326388451515反偏
7、（10-1 mV）2159105156212271332395459525光强110012001300140015001600170018001900零偏（10-1 mV）58064571177884591197910461113负偏（10-1 mV）5926597267948629311000106911391200 -1000 -SOO -600 -400 -200 -020040口00080010001200 KiO 160013002000发送光强2硅光电池输出连接恒定负载时产生的光电压与输入光信号关系测定光强1002003004005006007008009001000U（1O-1
8、mV）184987130176224274325378431光强110012001300140015001600170018001900U（1O-1 mV）4855405956507057618168729273硅光电池伏安特性测定U(10-i mV)12024035847559170581892810361141R (KQ )5101520253035404550I(10-7A)24.024.023.923.823.623.523.423.223.022.8U(10-1 mV)124413401432151615931661172217751821R (KQ )556065707580859095I(1O-7A)22.622.322.021.721.220.820.319.719.2
