杭州电子科技大学：《大学物理》课程实验指导（基础物理）实验13 硅光电池的特性及其应用（PPT讲稿）

大学物理实验 硅光电池特性的研究 杭州电子科技大学 物理实验中心 A

硅光电池特性的研究 杭州电子科技大学 物理实验中心 大学物理实验

■前 言 ■实验目的 ■实验仪器 ■实验原理 实验内容 注意事项

前 言 实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 注意事项

前言 光电池是一种光电转换元件，它不需外加电 源而能直接把光能转换为电能 硅光电池是根据光生伏特效应而制成的光电转换元件 性能稳定，光谱响应范围宽，转换效率高， 线性相应好，使用寿命长，耐高温辐射， 光谱灵敏度和人眼灵敏度相近等。它在 分析仪器、测量仪器、光电技术、 自动控制、计量检测、计算机输入输出、 光能利用等领域用作探测元件， 得到广泛应用

前言 光电池是一种光电转换元件，它不需外加电 源而能直接把光能转换为电能 硅光电池是根据光生伏特效应而制成的光电转换元件 性能稳定，光谱响应范围宽，转换效率高， 线性相应好，使用寿命长，耐高温辐射， 光谱灵敏度和人眼灵敏度相近等。它在 分析仪器、测量仪器、光电技术、 自动控制、计量检测、计算机输入输出、 光能利用等领域用作探测元件， 得到广泛应用

实验目的 ■1、初步了解太阳能电池机理 2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内 阻和光强之间关系 3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载 之间关系

实 验 目 的  1、初步了解太阳能电池机理  2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内 阻和光强之间关系  3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载 之间关系

实验仪器 TK-PV1型光伏效应实验仪 PV装置（光源和光伏电池） 0-20mA可调恒流源 IL、IG、Voc显示器 微安计 8.88.日 8.8.8日 A ⊕⊙ 8.8.8.8 。① r0 IG测试 Io(4) 0-1可调稳压源 -0-2000- 0-100 I取样 DC0-1 ID输出 1 A 粗调 Isc Voc RRL I0调节 调节 O 细调 功能切换 开 I知调节 X10K X100K 关

实验仪器

实验原理 PN结的形成及工作原理 当型和N型半导体材料结合时，P型(N 型)材料中的空穴（电子）向N型(P型)材料 这边扩散，扩散的结果使得结合区形成一个势垒 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

实验原理 一 PN结的形成及工作原理 当P型和N型半导体材料结合时，P 型（ N 型）材料中的空穴（电子）向N 型（ P 型）材料 这边扩散，扩散的结果使得结合区形成一个势垒， 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

E内 E丙 E外 内外 ⊙，⊙⊙⊙①①田⊙ ⊙⊙⊙⊙ ①①①① ⊙，⊙日.⊙，0田0田 ⊙.⊙⊙⊙ ④①④① ⊙o⊙⊙ ①⊕①⊕ ⊙.⊙⊙.⊙.⊕⊕①① ⊙⊙▣⊙ ①①⊕① ⊙▣⊙⊙ ⊕①①⊕ ⊙⊙⊙.⊙.⊕⊕⊕⊕ ⊙⊙⊙⊙①①①① ⊙o⊙⊙①④①① ⊙⊙⊙.Q®田田田 P型 耗尽区 P型 耗尽 型 P型 E大N型 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，耗尽区在外加电场 作用下变窄，势垒削弱

零偏 负偏 正偏 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，耗尽区在外加电场 作用下变窄，势垒削弱

二硅光电池的工作原理 硅光电池是一个大面积的光电三极管，它河把入 射到它表面的光能转化为电能。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 光电 池结 构示 N型区 意图

二 硅光电池的工作原理 硅光电池是一个大面积的光电二极管，它可把入 射到它表面的光能转化为电能。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。 光电 池结 构示 意图

(1)PN结两端的电流： I=I(e/KT-1)-Ip 光电池处于零偏时，V=O,流过PN结的电 流I=-IP;光电池处于反偏时（实验中取V= -5V),流过PN结的电流I=-IP-5,当光 电池用作光电转换器时，必须处于零偏或反偏 状态

（1） PN结两端的电流： 光电池处于零偏时，V＝0，流过PN结的电 流I＝－IP ；光电池处于反偏时（实验中取V ＝ －5V），流过PN结的电流I ＝－IP- Is ，当光 电池用作光电转换器时，必须处于零偏或反偏 状态。 P ev KT s I = I (e −1) − I /

(2)光电流I与输出光功率P之间的关系 I=RP R为响应率，R值随入射光波长的不同 而变化，对不同材料制作的光电池R值分别在 短波长和长波长处存在一截止波长

（2）光电流IP与输出光功率Pi之间的关系： R 为响应率，R 值随入射光波长的不同 而变化，对不同材料制作的光电池R值分别在 短波长和长波长处存在一截止波长。 P i I RP =