篇一 :硅光电池特性的研究实验报告2

硅光电池基本特性的研究

太阳能是一种清洁能源、绿色能源,许多国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究和利用。硅光电池是一种典型的太阳能电池,在日光的照射下,可将太阳辐射能直接转换为电能,具有性能稳定,光谱范围宽,频率特性好,转换效率高,能耐高温辐射等一系列优点,是应用极其广泛的一种光电传感器。因此,在普通物理实验中开设硅光电池的特性研究实验,介绍硅光电池的电学性质和光学性质,并对两种性质进行测量,联系科技开发实际,有一定的新颖性和实用价值。

[实验目的]

1.测量太阳能电池在无光照时的伏安特性曲线;

2.测量太阳能电池在光照时的输出特性,并求其的短路电流 I SC、开路电压 UOC 、最大FF

3.测量太阳能电池的短路电流 I 及开路电压U 与相对光强 J /J0   的关系,求出它们的近似函数关系;

 [实验原理]  

1、硅光电池的基本结构

目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用,硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元,深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。

 

图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区,当P型和N型半导体材料结合时,由于P型材料空穴多电子少,而N型材料电子多空穴少,结果P型材料中的空穴向N型材料这边扩散,N型材料中的电子向P型材料这边扩散,扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷,N型区带正电荷,形成一个势垒,由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行,当两者达到平衡时,在PN结两侧形成一个耗尽区,耗尽区的特点是无自由载流子,呈现高阻抗。当PN结反偏时,外加电场与内电场方向一致,耗尽区在外电场作用下变宽,使势垒加强;当PN结正偏时,外加电场与内电场方向相反,耗尽区在外电场作用下变窄,势垒削弱,使载流子扩散运动继续形成电流,此即为PN结的单向导电性,电流方向是从P指向N。

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篇二 :E验九硅光电池特性的研究_大学物理实验

.::实验硅光电池特性的研究::.


图一 硅光电池实验装置全图

来源 上海交通大学物理实验中心

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.

.::实验预习::.

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

             

   (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,光电池被短路(负载电阻为零)则V = 0 由(1)式可得到短路电流

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篇三 :硅光电池特性研究实验

硅光电池特性研究实验

       【实验原理】

    在p型硅片上扩散一层极薄的n型层,形成pn结,再在该硅片的上下两面各制一个电极(其中光照面的电极成“梳状”,并在整个光照面镀上增透膜,利于光的入射),这样就构成了硅光电池,如图5.7.1(a)所示。光电池的符号见图5.7.1(b)。

当光照射在硅光电池的光照面上时,若入射光子能量大于硅的能隙时,光子能量将被半导体吸收,产生电子一空穴对。它们在运动中一部分重新复合,其余部分在到达pn结附近时受pn结内电场的作用,空穴向p区迁移,使p区显示正电性,电子向n区迁移,使n区带负电,因此在pn结上产生电动势。如果在硅光电池两端连接电阻,回路内就形成电流,这是硅光电池发生光电转换的原理。

硅光电池(以下简称光电池)的简化等效电路如图5.7.2所示。

(1)在无光照时,光(生)电流,光电池可以简化为二极管如图5.7.3。根据半导体理论,流经二极管的电流与其两端电压的关系符合以下经验公式

                                              (5.7.1)

式中:β和是常数。

(2)有光照时,>o,光电池端电压与电流的关系为

                           (5.7.2)

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篇四 :2硅光电池特性研究实验

硅光电池特性研究实验

零偏和负偏时光电池与输入光强关系实验数据

反向饱和电流Is=1.6mA

恒定负载电压与输入光强关系实验数据

讨论:恒定负载电压随发光电流强度增大而增大 但不是正比例增长

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篇五 :硅光电池特性的研究

KGD-硅光电池特性

实验仪使用说明书

西安超凡光电设备有限公司

KGD-Ⅱ型硅光电池特性实验仪

一、实验目的

1.了解和研究硅光电池的主要参数和基本特性,自己设计、连接光路和电路进行实验操作。

2.研究硅光电池在光照下产生的光电流,光伏电压与输入光信号的关系。

3.研究硅光电池的输出特性。

4.测定硅光电池的频率响应。

二、仪器组成

实验仪由发光二极管的驱动和调制电路,发送光强度指示,硅光电池及I/V转换模块、接收光强度指示、电阻箱等组成。KGD-Ⅱ型在Ⅰ型的基础上增加了函数信号发生器,将实验配套设备减少到只需一台双踪示波器。

三、实验原理

1、引言

硅光电池是一种能量转换器,它能直接把光能转换为电能。它也是一种将变化的光信号直接转换成相应变化的电信号的光电转换器件。硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元。硅光电池具有光电转换效率高、性能稳定、使用寿命长、重量轻、耐高温辐射、光谱范围宽、频率响应好、使用方便等优点。在数码摄像、光通信、太阳能电池等领域得到广泛应用,在现代科学技术中占有十分重要的地位。

2、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。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产生电子——空穴对。图1是普通N/P型硅光电池结构示意图。当半导体PN结处于零偏或负偏时,它们的结合面耗尽区存在一内电场。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为波尔兹曼常量,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。

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篇六 :硅光电池特性的研究

KGD-硅光电池特性

实验仪使用说明书

西安超凡光电设备有限公司

KGD-Ⅱ型硅光电池特性实验仪

一、实验目的

1.了解和研究硅光电池的主要参数和基本特性,自己设计、连接光路和电路进行实验操作。

2.研究硅光电池在光照下产生的光电流,光伏电压与输入光信号的关系。

3.研究硅光电池的输出特性。

4.测定硅光电池的频率响应。

二、仪器组成

实验仪由发光二极管的驱动和调制电路,发送光强度指示,硅光电池及I/V转换模块、接收光强度指示、电阻箱等组成。KGD-Ⅱ型在Ⅰ型的基础上增加了函数信号发生器,将实验配套设备减少到只需一台双踪示波器。

三、实验原理

1、引言

硅光电池是一种能量转换器,它能直接把光能转换为电能。它也是一种将变化的光信号直接转换成相应变化的电信号的光电转换器件。硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元。硅光电池具有光电转换效率高、性能稳定、使用寿命长、重量轻、耐高温辐射、光谱范围宽、频率响应好、使用方便等优点。在数码摄像、光通信、太阳能电池等领域得到广泛应用,在现代科学技术中占有十分重要的地位。

2、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。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产生电子——空穴对。图1是普通N/P型硅光电池结构示意图。当半导体PN结处于零偏或负偏时,它们的结合面耗尽区存在一内电场。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为波尔兹曼常量,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。

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篇七 :实验四 硅光电池的特性测试

实验四  硅光电池的特性测试

一、实验目的:

    1、熟悉硅光电池的结构与工作原理;

2、掌握实验测试硅光电池光电特性的方法;

3、了解硅光电池的光电特性。

二、实验原理:

硅光电池按基底材料不同分2DR型和2CR型。2DR型硅光电池是以P型硅作基底(即在本征型半导体中掺入三价元素硼、镓等),然后在基底上扩散磷而形成N型并作为受光面。2CR型光电池则是以N型作基底(在本征型硅材料中掺入五价元素磷、砷等),然后在基底上扩散而形成P型并作为受光面。构成P-N结后,再经过各种工艺处理,分别在基底和光敏面上制作输出电极,涂上二氧化硅作保护,即成光电流。如图4-1(a)所示。

图4-1  硅光电池结构及工作原理图

光电池的主要功能是在不加偏置的情况下能将光信号转换为电信号。硅光电池的工作原理如图4-1(c)所示。有光照时,光电池外接上负载电阻RL,此时在P-N结内出现两种方向相反的电流:一种是光激发产生的电子-空穴对,在内建电场的作用下,形成的光生电流Ip,它与光照有关,其方向与P-N结反向饱和电流I0相同;另一种是光生电流Ip流过负载电阻RL产生电压降,相当于在P-N结施加正向偏压,从而产生正向电流ID,总电流是两者之差。即:

 

三、实验仪器及部件:

光电池、直流稳压电源、采样电阻、照度测量器件、照度表、光源、微安表、F/V表。

四、实验步骤:

1、了解所需单元、部件在实验仪上的位置、观察光电池的结构。

2、测量光电池的短路电流:

按图4-2接线,装上光源,对准光电池,关闭发光管电源,移出遮光罩,光电池完全被遮盖,微安表显示的电流值即为暗电流,即照度为0时。

开启光源,改变照度(方法如实验一),并记录电流表的读数填入下表,作出照度—电流曲线。

表4-1  短路电流与光照度关系表

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篇八 :实验报告--太阳能电池伏安特性的测量

实验报告

姓名:张伟楠      班级: F0703028    学号: 5070309108   实验成绩:

同组姓名:张家鹏     实验日期:08.03.17     指导教师:       批阅日期:

 


太阳能电池伏安特性的测量

 

实验目的

1. 了解太阳能电池的工作原理及其应用

2. 测量太阳能电池的伏安特性曲线

【实验原理】

1.太阳电池的结构

以晶体硅太阳电池为例,其结构示意图如图1 所示.晶体硅太阳电池以硅半导体材料制成大面积pn 结进行

工作.一般采用n+/p 同质结的结构,即在约10 cm×10 cm 面积的p 型硅片(厚度约500 μm)上用扩散法制作出一层很薄(厚度~0.3 μm)的经过重掺杂的n 型层.然后在n 型层上面制作金属栅线,作为正面接触电极.在整个背面也制作金属膜,作为背面欧姆接触电极.这样就形成了晶体硅太阳电池.为了减少光的反射损失,一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜.

http://pec.sjtu.edu.cn/ols/ImageLib/experiment/basic/07201215/solar_2_1.jpg

图一 太阳电池结构示意图

2.光伏效应

http://pec.sjtu.edu.cn/ols/ImageLib/experiment/basic/07201215/solar_2_2.jpg

图二 太阳电池发电原理示意图

当光照射在距太阳电池表面很近的pn 结时,只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度Eg ,则在p

区、n 区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对.那些在结附近n 区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散.只要少数载流子离pn 结的距离小于它的扩散长度,总有一定几率扩散到结界面处.在p 区与n 区交界面的两侧即结区,存在一空间电荷区,也称为耗尽区.在耗尽区中,正负电荷间形成一电场,电场方向由n区指向p 区,这个电场称为内建电场.这些扩散到结界面处的少数载流子(空穴)在内建电场的作用下被拉向p 区.同样,如果在结附近p 区中产生的少数载流子(电子)扩散到结界面处,也会被内建电场迅速被拉向n 区.结区内产生的电子–空穴对在内建电场的作用下分别移向n 区和p 区.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(Photovoltaic Effect, 缩写为PV).

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