硅光电池伏安特性

实验

项目：

硅光电池伏安特性（综合设 计

2-1

）

实验

目的：

了解硅光电池的基本特性， 测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。

实验

仪器：

DH-CGOP

PHC

，直流恒压源

DH- VC3

，九孔板实验箱，电阻箱，导线）

实验

原理：

硅光电池的工作原理

光电转换器件主 要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的照射下，释放出光电子的现象。当光照射金属、

金属氧化物或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。有些物质

受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物 体内部，使物体的导电性增强，这种现象称为内光电效应。

光 电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应快、使用方便等优点，广泛用于激光探测器。外加反< /p>

偏电压与结内电场方向一致，当

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< /p>

区而形成光电流。同时势垒区一侧一个扩展长度内的

光生载流子先 向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。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。

硅光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。

光电池的基本结构如图

1

所示，当半导体

PN

结处 于零偏或负偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场。

图

1

光

电池结

构示意

图

1

光电池结构示意图

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

（

1

）

式（

1

）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，入射光子将把处于介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飘移到

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

结两端的电流可由式（

2

）确定：

（

2

）

此式表示硅光电池的伏安特性。

式（

2

）中

I

为流 过硅光电池的总电流，

Is

为反向饱和电流，

< br>V

为

PN

结两端电压，