实验PN结光生伏特效应
一、实验目的
测量硅太阳电池的光谱响应特性，及进行数据处理，使学生掌握pn结光伏效应，了解影响光伏效应的因素；
增强学生对光伏效应的应用及对实际器件性能的理解，并提高学生实验研究和设计能力。
二、实验原理
光垂直于PN结结面照射时，能量大于禁带宽度的光子因本征吸收而产生电子-空穴对。势垒区外一个扩散长度内的光生少子，受pn结内建电场的作用被扫到对方，在n区、p区分别形成电子、空穴积累，产生一光生电动势。光生电动势给pn结以正向偏压，于是pn结内部既有由n区指向p区的光生电流I I，同时又有与I I反向的正向电流I I。在稳定光照下，开路pn结内，I I=I I，形成一稳定光生电压。短路情况下，I I=0，光生电流全部流经外电路。这种由内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应。太阳电池就是此效应最直接的应用，本实验以太阳电池为例对光生伏特效应进行测量。
实验系统如图1所示。
图1 太阳电池测试系统
三、实验内容
测量太阳电池的光谱响应短路电流，开路电压，以及光功率曲线；获得最大电流、电压、功率的光波长。
四、实验仪器与样品
WDF反射式单色仪，光源， 722-2000型分光光度计，微电流仪，光功率计，六位半繁用表。单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池芯片样品。
五、实验步骤
采用722-2000型分光光度计作为单色光源测试
1.打开分光光度计电源开关，预热15分钟以上。
2.被测样品与繁用表串联。将被测样品放入分光光度计的样品室，关闭盖子。打开繁用表电源。
3.按分光光度计“方式”按钮直至“吸光度”标示灯亮；繁用表调至电流测试的“μA”档，开始测试。
4.旋转“波长”旋钮来确定光波长，记录六个以上波长的短路光生电流。
5.被测样品与繁用表并联，繁用表调至电压测试的“mV”档，在上面测量光生电流的波长再记录光生伏特。
6.用光功率计标定上面测试的六组波长λ下的光能量值。
六、数据处理
开路电压、短路电流、功率随光波波长的变化曲线分别如图所示。
图1 开路电压-波长关系图2 短路电流-波长关系
图3 功率-波长关系
可以看出，开路电压、短路电流和功率随波长变化的趋势相同：在小于550nm的波段缓慢增加；在约550nm～600nm波段迅速增加，在约600nm处取得峰值；在600nm～750nm处波段基本维持不变；在大于700nm处波段出现波动。
其中开路电压最大值，对应的波长；短路电流最大值为 ，对应的波长；功率最大值为，对应的波长。
随着光的波长的增加，先增加，再起伏，再减小，都有一个峰值，但还是有一定误差。
七、讨论题
1.太阳电池是三维器件，却用一维少子连续性方程解得光电流。试问这个一维模型的合理性如何
合理。光注入时，y、z两个方向的非平衡载流子分布均匀，只沿x方向是不均匀分布的，因此只在研究x方向扩散是有意义的。
2.误差分析
①改变光照后，太阳能电池需要一定时间才能达到新的稳态，实验中由于操作过程太快，可能读数是不是稳态下的开路电压（短路电流）；
②由于没有在同一波长下同时测开路电压和短路电流，因此计算功率时只能将二者的拟合曲线相乘，导致功率曲线有误差；
八．实验思考与总结
可以考虑同时给太阳电池串联和并联两台繁用表，串联的用于测短路电流，并联的用于测开路电压，这样可以同时读取同一个波长下的开路电压和短路电流，使功率计算更加准确。
