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R_L，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I_p，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I_p流过负载电阻R_L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I_D，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

3、测量光电池的开路电压：

按图4-3接线，装上电源，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，电压表显示的电压为照度为0时的电压。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并作出照度—开路电压曲线。

表4-1  开路电压与光照度关系表

4、测量光电池的伏安特性：

了解光电池在照度一定的情况下，它的输出电流与电压随负载变化的关系。

图4-4  测量硅光电池的伏安特性

按图4-4接线，负载电阻R_L的阻值可用万用表测得。开启电源，调节光强至1000L_X，记录选择不同R_L值记录电流表/电压表读数，并填入下表：

表4-2  硅光电池产生的光电流与负载电压关系表                   照度：1000L_X

   

    根据表中数据作出I-U曲线。

五、思考题：

1、硅光电池与硅光敏二极管有何区别?

2、当照度增加到一定时，硅光电池的开路电压为什么不再随入射照度的增加而增加？

3、试分析由表4-2作出的I-U曲线。

第二篇：武汉职业技术学院光电11302硅光电池特性测试实验报告

硅光电池特性测试实验报告

组长：杨博       

组员：付中亮     

                     熊鹏      

                     郭晓峰     

指导教师：王凌波

实验日期：20##年10月11日

                         2012年10月16日

 提交日期：20##年11月 11 日

一、  实验目的

1、        学习掌握硅光电池的工作原理

2、        学习掌握硅光电池的基本特性

3、        掌握硅光电池基本特性测试方法

4、        了解硅光电池的基本应用

二、  实验内容

1、          硅光电池短路电路测试实验

2、          硅光电池开路电压测试实验

3、          硅光电池光电特性测试实验

4、          硅光电池伏安特性测试实验

5、          硅光电池负载特性测试实验

6、          硅光电池时间响应测试实验

三、  实验仪器

 1、  硅光电池综合试验仪   1个

 2、  光通路组件           1只

 3、  光照度计             1台

4、  2#迭插头对          10根

5、  2#迭插头对          10根

6、  三相电源线           1根

7、  实验指导书           1本

四、注意事项

 1、当电压表和电流表显示为“1—”是说明超过量程，应更换为合适量程；

 2、连线之前保证电源关闭；

 3、实验过程中，请勿同时拨开两种或两种的电源开关，这样会造成实验所测试的数据不准确。

五、实验步骤

1、硅光电池短路电流特性测试

2、硅光电池开路电压特性测试

3、硅光电池光照特性

 

 

数据分析得：

   光电池的短路电流与入射光照度成正比，而开路电压与光照度的对数成反比。

4、硅光电池伏安特性(注：电流单位：uA电压单位：mV)

100LX

300Lx

500Lx

 

数据分析得：

在同一照度下，随着电阻的不断增大，硅光电池的电流不断减小，电压不断增大。 

5、         硅光电池负载特性测试

R=510欧

R=1K

R=2K

R=5K

R=10K

 

数据分析得：

在我们使用硅光电池时往往都要接负载电阻，输出电流随照度的增加而非线性地增加，并且随负载的增大线性范围也越来越小。因此，在要求输出电流与光照度呈线性关系时，负载电阻在条件许可的情况下越小越好，并限制在光照范围内使用。

6、        硅光电池光谱特性测试

 

六、实验总结

通过这次试验，我们更加深刻地了解到硅光电池的一些基本特性，不仅培养了我们自己的动手实践能力，而且增强了我们团队之间合作的意识。其实做每一件事都不是那么的容易，在这次试验中我们就体会到了，虽然我们准备的足够充分，但还是在组装硅光电池元器件上出现了问题。在小组成员的共同努力下，我们最终还是克服重重困难顺利的完成了实验。虽然只是一次小实验，但它却教会了我们很多。认真思考、仔细、团队合作，我相信这些东西将会是我们人生中的一大财富，不论在以后的工作、生活、学习中都将是受用无尽。