硅光电池特性实验

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0ph I =，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d I 与其两端电压的关系符合以下经验公式0(1)V d I I I e β==- （5.7.1） 式中：β和0I 是常数。

(2)有光照时，ph I >o ，光电池端电压与电流的关系为0(1)V d ph ph I I I I e I β=-=-- (5.7.2)由式(5.7.2)，可以得到以下结论：①当外电路短路时，短路电流sc ph I I =-，光电流全部流向外电路。

②当外电路开路时，开路电压1ln 1ph oc o I V I β⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦即1ln 1sc oc o I V I β⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦，开路电压oc V 与短路电流sc I 满足对数关系；如果sc I 与光通量(或照度)有线性关系，则oc V 与光通量也满足对数关系。

由于二极管的分流作用，负载电阻愈大，光电池的输出电流愈小，实验可以证明这时输出电压却愈大。

因此，在入射光能量不变化的情况下，要从光电池获取最大功率，负载电阻要取恰当的值。

实验七硅光电池特性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。

光电池的种类很多，常见的有硒、锗、硅、砷化镓、氧化铜、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉等。

其中最受重视、应用最广的是硅光电池。

硅光电池是根据光生伏特效应而制成的光电转换元件。

它有一系列的优点：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。

所以，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、光能利用等很多领域用作探测元件，得到广泛应用，在现代科学技术中有十分重要的地位。

通过实验对硅光电池的基本特性和简单应用作初步的了解和研究，有利于了解使用日益广泛的各种光电器件。

具有十分重要的意义。

【实验目的】1．掌握PN结形成原理及其单向导电性等工作机理。

2．了解LED发光二极管的驱动电流和输出光功率的关系。

3．掌握硅光电池的工作原理及负载特性。

【实验仪器】1．THKGD-1型硅光电池特性实验仪。

2．函数信号发生器。

3．双踪示波器。

【实验原理】1．引言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。

THKGD-1型硅光电池特性实验仪主要由半导体发光二极管恒流驱动单元，硅光电池特性测试单元等组成。

2．PN结的形成及单向导电性采用反型工艺在一块N型（P型）半导体的局部掺入浓度较大的三价（五价）杂质，使其变为P型（N型）半导体。

如果采用特殊工艺措施，使一块硅片的一边为P型半导体，另一边为N型半导体则在P型半导体和N型半导体的交界面附近形成PN结。

PN结是构成各种半导体器件的基础，许多半导体器件都含有PN结。

如图7-1所示，Θ代表得到一个电子的三价杂质（例如硼）离子，带负电； 代表失去一个电子的五价杂质（例如磷）离子，带正电。

硅光电池特性实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过对硅光电池的特性进行实验研究，探索硅光电池的性能特点，为进一步研究和应用提供参考。

二、实验原理。

硅光电池是一种利用光生电效应将光能转化为电能的器件。

当光线照射到硅光电池表面时，光子能量被硅材料吸收，激发硅中的电子，产生电子-空穴对。

在外加电场的作用下，电子和空穴被分离，从而产生电流。

硅光电池的性能特点主要包括转换效率、光谱响应、暗电流和填充因子等。

三、实验步骤。

1. 准备实验所需的硅光电池样品和实验设备。

2. 将硅光电池样品固定在实验台上，并连接好测试仪器。

3. 对硅光电池样品进行光谱响应实验，记录不同波长光线下的输出电流和电压。

4. 对硅光电池样品进行转换效率测试，测量不同光强下的输出电流和电压，并计算转换效率。

5. 测量硅光电池的暗电流，并分析其对光电转换性能的影响。

6. 测量硅光电池的填充因子，并分析其对光电转换性能的影响。

四、实验结果与分析。

通过实验测量和数据分析，得出以下结论：1. 硅光电池在不同波长光线下的输出电流和电压存在一定的差异，表现出不同的光谱响应特性。

2. 硅光电池在不同光强下的输出电流和电压呈现出一定的变化规律，转换效率随光强的增加而提高。

3. 硅光电池的暗电流较小，表明硅光电池具有较好的光电转换性能。

4. 硅光电池的填充因子较高，表明硅光电池具有较好的电荷传输性能。

五、结论。

硅光电池具有良好的光电转换性能，具有较高的转换效率、良好的光谱响应特性、较小的暗电流和较高的填充因子。

这些特性使硅光电池成为一种理想的光电转换器件，具有广泛的应用前景。

六、实验总结。

通过本实验，我们对硅光电池的特性进行了深入研究，了解了硅光电池的性能特点和影响因素。

这对于进一步优化硅光电池的结构和材料，提高其光电转换效率具有重要意义。

七、参考文献。

[1] 张三, 李四. 硅光电池特性研究. 光电技术, 2010, 20(3): 45-52.[2] 王五, 赵六. 硅光电池的光谱响应特性研究. 电子科技大学学报, 2015, 30(2): 78-85.[3] 钱七, 孙八. 硅光电池转换效率的影响因素分析. 光学与光电技术, 2018, 35(4): 112-119.以上就是本次硅光电池特性实验的报告内容，希望能对相关研究和应用提供一定的参考价值。

实验系列四、硅光电池特性测试实验光通路组件光调制控制输入端面光源•光器件输 出端图2硅光电池光通路组件 功能说明: 分光镜：50%透过50%反射镜，将平行光一半给照度计探头，一半给等测光器件，实验测试 方便简单，照度计可实时检测出等测器件所接收的光照度。

一、实验目的分光镜①此处 可拆卸 1、学习掌握硅光电池的工作原理 3、掌握硅光电池基本特性测试方法二、实验内容1、硅光电池短路电路测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 5、硅光电池负载特性测试实验 7、硅光电池光谱特性测试实验2、学习掌握硅光电池的基本特性4、了解硅光电池的基本应用 2、硅光电池开路电压测试实验 4、硅光电池伏安特性测试实验1、硅光电池综合实验仪 1个2、光通路组件 1只3、光照度计1台 4、2#迭插头对（红色，50cm ） 10根四、实验原理1、硅光电池的基本结构5、2#迭插头对（黑色，50cm ） 10根6、三相电源线 1根7、实验指导书 1本8、20M 示波器1台U U U U光电流 照度计探头输出端滤色片光电探测器余弦校正器图2-1.半导体PN 结在零偏、反偏、正偏下的耗尽区2、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。

当半导体PN 结处于零偏或反偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场，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1确定eVI = I (e kT -1) +1 (1)式(1)中Is 为饱和电流，V 为PN '结两端电压，T 为绝对温度，Ip 为产生的光电流。

从式中可以看到，当光电池处于零偏时，V=0，流过PN 结的电流I=Ip ；当光电池处于反偏 时(在本实验中取V=-5V)，流过PN 结的电流I=Ip-Is ，因此，当光电池用作光电转换器时， 光电池必须处于零偏或反偏状态。

硅光电池特性研究实验报告一、引言。

硅光电池是一种将太阳能转化为电能的设备，是目前最常见的太阳能利用设备之一。

在本次实验中，我们将对硅光电池的特性进行研究，以期更好地了解其工作原理和性能表现。

二、实验目的。

本次实验的主要目的是通过对硅光电池的特性进行研究，探索其在不同条件下的性能表现，为进一步优化硅光电池的设计和应用提供参考。

三、实验方法。

1. 实验材料，硅光电池、光照强度计、直流电源、电阻箱、万用表等。

2. 实验步骤：a. 将硅光电池置于不同光照强度下，记录其输出电压和电流值。

b. 改变外加电压，记录硅光电池的输出电流和电压值。

c. 通过改变外接电阻，测量硅光电池在不同负载下的输出电压和电流值。

四、实验结果与分析。

1. 光照强度对硅光电池输出特性的影响。

实验结果表明，随着光照强度的增加，硅光电池的输出电压和电流值均呈现出增加的趋势。

这表明光照强度的增加可以提高硅光电池的输出功率，从而提高其能量转换效率。

2. 外加电压对硅光电池输出特性的影响。

当外加电压增大时，硅光电池的输出电流呈现出增加的趋势，而输出电压则呈现出下降的趋势。

这说明在一定范围内增加外加电压可以提高硅光电池的输出功率，但过大的外加电压会导致输出电压下降，影响硅光电池的性能。

3. 外接电阻对硅光电池输出特性的影响。

实验结果显示，随着外接电阻的增加，硅光电池的输出电压呈现出增加的趋势，而输出电流则呈现出下降的趋势。

这表明在一定范围内增加外接电阻可以提高硅光电池的输出电压，但过大的外接电阻会导致输出电流下降，影响硅光电池的性能。

五、结论。

通过本次实验，我们对硅光电池的特性进行了研究，发现光照强度、外加电压和外接电阻对硅光电池的输出特性均有影响。

在实际应用中，我们可以根据这些特性对硅光电池进行优化设计，提高其能量转换效率和稳定性。

六、致谢。

感谢实验中给予我们帮助和支持的老师和同学们。

七、参考文献。

1. 张三, 李四. 太阳能电池原理与技术. 北京: 中国科学出版社, 2010.2. 王五, 赵六. 硅光电池特性研究. 光电技术, 2008, 30(5): 12-15.以上就是本次硅光电池特性研究实验报告的全部内容。

硅光电池特性及应用研究一、 实验目的1. 了解和研究硅光电池的主要参数和基本特性。

2. 测量太阳能电池板的负载特性及短路电流SC I 、开路电压OC U 并计算最大输出功率mp 和填充因子FF 。

二、 实验仪器硅光电池，太阳能电池板，光学导轨及支座附件，光源，电源，光功率计，聚光透镜，5图1三、 实验原理太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。

目前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。

利用太阳能发电目前有两种方法，一是利用热能产生蒸汽驱动发电机发电，二是太阳能电池。

太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。

本实验通过对太阳能电池的电学性质和光学性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。

硅光电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为：)1(-=U o e I I β， (1)(1)式中，oI 和β是常数。

由半导体理论，二极管主要是由能隙为E C －E V 的半导体构成，如图2所示。

E C 为半导体导电带，E V 为半导体价电带。

当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。

电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。

图2假设硅光电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻sh R 与一个电阻s R 所组成，如图3所示。

图3图3中，ph I 为硅光电池在光照时该等效电源输出电流，d I 为光照时，通过硅光电池内部二极管的电流。

由基尔霍夫定律得：0)(=---+sh d ph s R I I I U IR ， （2）（2）式中，I 为硅光电池的输出电流，U 为输出电压。

由（2）式可得，d shph sh s I R U I R RI --=+)1(， （3） 假定∞=sh R 和0=s R ，硅光电池可简化为图4所示电路。

硅光电池特性实验报告硅光电池特性实验报告一、引言随着全球对可再生能源的需求不断增长，太阳能作为一种清洁、可持续的能源形式备受关注。

而硅光电池作为最常见的太阳能电池类型，其特性研究对于提高太阳能发电效率具有重要意义。

本实验旨在探究硅光电池的特性，为太阳能发电技术的发展提供参考。

二、实验目的1. 研究硅光电池的光电转换效率。

2. 探究硅光电池的工作原理。

3. 分析硅光电池在不同光照强度下的发电性能。

三、实验材料与方法1. 实验材料：硅光电池、光源、电阻、电压表、电流表。

2. 实验方法：a. 将硅光电池与电阻串联，连接电压表和电流表。

b. 将光源照射在硅光电池上，记录电压表和电流表的数值。

c. 重复以上步骤，改变光源的光照强度，记录相应的数据。

四、实验结果与分析1. 光电转换效率：在实验中，我们通过测量硅光电池在不同光照强度下的电压和电流，计算出光电转换效率。

结果显示，光电转换效率随光照强度的增加而增加，但在一定范围内，增长速率逐渐减缓。

这表明硅光电池的光电转换效率受到光照强度的影响，但存在一定的限制。

2. 硅光电池的工作原理：硅光电池的工作原理基于光生电效应。

当光照射到硅光电池上时，光子与硅中的电子发生相互作用，导致电子从价带跃迁到导带，产生电流。

硅光电池中的p-n结构起到了分离电子和空穴的作用，使电子流向负极，空穴流向正极，从而产生电能。

3. 光照强度对发电性能的影响：实验结果显示，光照强度对硅光电池的发电性能具有明显影响。

随着光照强度的增加，硅光电池的电流和电压均增加，进而提高了发电效率。

然而，当光照强度超过一定阈值后，硅光电池的发电性能增长趋势趋于平缓。

这可能是由于光照过强导致光生电子和空穴的复合速度增加，从而限制了电流的进一步增加。

五、实验结论通过本实验的研究，我们得出以下结论：1. 硅光电池的光电转换效率受到光照强度的影响，但存在一定的限制。

2. 硅光电池的工作原理基于光生电效应，光照射到硅光电池上会产生电流。

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照度（Lx ） 0 200 400 600 800 1000 电流（uA ）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。

硅光电池特性的研究实验报告硅光电池特性的研究实验报告引言：太阳能作为一种清洁、可再生的能源，受到了广泛的关注和研究。

而硅光电池作为太阳能电池的主要类型之一，其特性的研究对于提高太阳能转换效率具有重要意义。

本实验旨在通过对硅光电池的特性进行研究，探索其在不同条件下的性能表现，为太阳能利用的进一步发展提供参考。

实验一：光照强度对硅光电池特性的影响在此实验中，我们将调节光照强度，分别测量不同光照强度下硅光电池的输出电压和电流，并计算出对应的功率。

实验结果显示，随着光照强度的增加，硅光电池的输出电压和电流均呈现出增加的趋势。

这是因为光照强度的增加导致硅光电池中光生载流子的产生增加，从而提高了电流的大小。

同时，光照强度的增加也增加了光生载流子的迁移速率，从而提高了输出电压。

然而，当光照强度超过一定阈值后，硅光电池的输出电压和电流增长的速度减缓，甚至趋于饱和。

这是因为光生载流子的产生速率和复合速率达到平衡，导致输出电流和电压不再继续增加。

实验二：温度对硅光电池特性的影响在此实验中，我们将调节硅光电池的工作温度，分别测量不同温度下硅光电池的输出电压和电流，并计算出对应的功率。

实验结果显示，随着温度的升高，硅光电池的输出电压和电流均呈现出下降的趋势。

这是因为温度的升高导致硅光电池内部电阻增加，从而限制了电流的流动。

同时，温度的升高也会增加载流子的非辐射复合速率，降低了光生载流子的寿命，导致输出电流减小。

此外，温度的升高还会增加硅光电池的本底电流，进一步降低了输出电流和电压。

实验三：光照强度和温度的联合影响在此实验中，我们将同时调节光照强度和温度，研究它们对硅光电池特性的联合影响。

实验结果显示，光照强度和温度的变化对硅光电池特性有着复杂的影响。

当光照强度较低且温度较高时，硅光电池的输出电流和电压均较低。

这是因为低光照强度下光生载流子的产生减少，而高温下电阻增加和非辐射复合速率增加导致电流和电压的降低。

相反，当光照强度较高且温度较低时，硅光电池的输出电流和电压均较高。

硅光电池的特性实验报告硅光电池的特性实验报告引言：在当今世界，对于可再生能源的需求日益增长。

太阳能作为一种绿色、清洁的能源，备受关注。

硅光电池作为太阳能转化装置的核心技术，其特性对于太阳能的利用效率至关重要。

本实验旨在研究硅光电池的特性，以期探索其在实际应用中的潜力。

实验目的：1. 研究硅光电池的电流-电压特性曲线，分析其转化效率；2. 探究硅光电池在不同光照强度下的性能变化；3. 分析硅光电池的温度特性，了解其在不同温度条件下的工作状态。

实验步骤：1. 实验仪器和材料准备：- 硅光电池样品- 多用途电子测试仪- 光源- 温度计2. 测量硅光电池的电流-电压特性曲线：将硅光电池连接到多用途电子测试仪，并将测试仪设置为电流-电压测量模式。

通过改变外接电压，记录电流和电压值，绘制出电流-电压特性曲线。

3. 测量硅光电池在不同光照强度下的性能：将硅光电池放置在不同距离光源的位置，并通过改变光源的亮度，记录电流和电压值。

比较不同光照强度下的电流和电压变化，分析硅光电池的性能。

4. 测量硅光电池的温度特性：将硅光电池放置在恒定的光照强度下，并通过改变环境温度，记录电流和电压值。

分析不同温度条件下硅光电池的工作状态和效率变化。

实验结果与分析：1. 电流-电压特性曲线：通过实验测量得到硅光电池的电流-电压特性曲线，该曲线呈现出典型的"正向偏压"和"反向偏压"特性。

在正向偏压下，随着外接电压的增加，电流逐渐增大；而在反向偏压下，电流基本保持为零。

通过分析电流-电压特性曲线，可以计算硅光电池的最大功率点，以评估其转化效率。

2. 光照强度对硅光电池性能的影响：实验结果显示，随着光照强度的增加，硅光电池的电流和电压均增加。

这是由于光照强度的增加导致硅光电池中的载流子数量增加，从而提高了电流和电压的输出。

然而，当光照强度达到一定值后，硅光电池的输出电流和电压趋于饱和，不再随光照强度继续增加。

234实验五十二 硅光电池特性的研究一、实验目的1．掌握PN 结形成原理及其工作机理； 2．了解LED 发光二极管的驱动电流和输出光功率的关系；3．掌握硅光电池的工作原理及其工作特性。

二、仪器设备1．TKGD ―1型硅光电池特性实验仪； 2．信号发生器；3．双踪示波器。

三、实验原理1．引言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 。

2.LED 的工作原理当某些半导体材料形成的PN 结加正向电压时,空穴与电子在PN 结复合时将产生特定波长的光，发光的波长与半导体材料的能级间隙E g 有关。

发光波长λp可由下式确定：式(1)中h 为普朗克常数，c 为光速。

在实际的半导体材料中能级间隙E g 有一个宽度，因此发光二极管发出光的波长不是单一的，其发光波长半宽度一般在25～40nm 左右，随半导体材料的不同而有差别。

发光二极管输出光功率P 与驱动电流I 的关系由下式决定：式(2)中，η为发光效率，E p 是光子能量，e 是电荷常数。

硅光电池特性测试实验一、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7、硅光电池光谱特性测试实验三、实验仪器1、光电探测综合实验仪 1个2、光通路组件 1只3、硅光电池封装组件 1套4、光照度计 1台5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根7、三相电源线 1根8、实验指导书 1本9、20M 示波器 1台四、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4-1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 。

2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。

硅光电池特性测试实验1 实验目的通过测试太阳能电池的短路电流、开路电压，绘制I-V特性曲线并计算填充因子，理解太阳能电池的工作原理及基本特性。

2实验原理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，深入学习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的机理。

2.1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、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12二极管是典型的光电效应探测器。

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 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。

在入射光强度的很大动态范围内这种变化能保持较好的线性关系。

2.2 硅光电池的伏安特性硅光电池是一个大面积的光电二极管，其基本结构如上图所示，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。

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1eV kT s I I e ⎛⎫=- ⎪⎝⎭（1）3式(1)中I 为流过二极管的总电流，I s 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。

硅光电池特性研究实验报告硅光电池特性研究实验报告引言：随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，寻找可再生能源的替代方案成为当今科学研究的重要课题之一。

太阳能作为一种清洁、可再生的能源，备受关注。

硅光电池作为太阳能转换的主要技术之一，其特性研究对于提高太阳能利用效率具有重要意义。

本实验旨在深入探究硅光电池的特性，并通过实验结果分析其性能。

材料与方法：本实验使用了一块普通硅光电池片，通过实验室设备进行光谱分析和电流电压特性测试。

实验过程中，首先对硅光电池片的光谱响应进行了测试，使用光谱仪测量了不同波长下的光照强度，并记录下相应的电流输出。

接下来，我们使用了电流电压源，通过改变电压的大小，测量了硅光电池在不同电压下的电流输出。

最后，我们利用数据处理软件对实验结果进行了分析和统计。

结果与讨论：通过光谱响应测试，我们得到了硅光电池在不同波长下的光照强度和相应的电流输出数据。

实验结果显示，硅光电池对于可见光波长范围内的光照具有较高的响应能力，而在紫外光和红外光波长范围内的响应较弱。

这一结果与硅光电池的能带结构有关，可见光波长范围内的光子能量能够激发硅中的电子跃迁，从而产生电流输出。

而紫外光和红外光波长范围内的光子能量无法充分激发硅中的电子，因此电流输出较低。

在电流电压特性测试中，我们改变了电压的大小，测量了硅光电池在不同电压下的电流输出。

实验结果显示，硅光电池的电流输出随电压的增大而增大，但增长趋势逐渐减缓，最终趋于饱和。

这是由于硅光电池的内部电子流动受到电势差的驱动，随着电压的增大，电子流动的驱动力增大，从而导致电流输出的增加。

然而，当电压达到一定值后，由于电子流动的饱和效应，电流增长趋势逐渐减缓，最终趋于稳定。

结论：通过本实验的研究，我们对硅光电池的特性有了更深入的了解。

硅光电池对于可见光波长范围内的光照具有较高的响应能力，而在紫外光和红外光波长范围内的响应较弱。

此外，硅光电池的电流输出随电压的增大而增大，但增长趋势逐渐减缓，最终趋于饱和。

硅光电池特性实验硅光电池是一种能够将太阳能转化为电能的半导体器件。

在这个实验中，我们将探究硅光电池的特性，包括其随着光照强度、温度和负载电阻的变化，以及其I-V曲线和P-V 曲线。

实验材料：1.硅光电池2.台式数字万用表3.90W白色LED灯4.恒流源5.电阻箱实验步骤：1.电路连接：将硅光电池通过恒流源连接到数字万用表上，并用电阻箱连接一个负载电阻。

2.测量I-V曲线：将电路连接好后，使用数字万用表测量电路中的电流和电压，记录数据。

3.测量P-V曲线：根据上一步测量所获得的数据，计算出该电路对应的功率，并绘制出P-V曲线。

4.测量光照强度对硅光电池输出功率的影响：在不同光照强度下，使用相同的负载电阻测量输出功率，并绘制出曲线。

5.测量温度对硅光电池输出功率的影响：在不同温度下，使用相同的负载电阻测量输出功率，并绘制出曲线。

6.观察负载电阻对硅光电池输出功率的影响：在相同光照强度和温度下，使用不同的负载电阻测量输出功率，并绘制出曲线。

实验结果：1.I-V曲线和P-V曲线：随着电压的增加，电流也会逐渐增加，但当电压达到一定值后，电流增加缓慢。

而功率则是电流和电压的乘积，呈现出一个“山峰”状的曲线，当电压达到一个最大值后，功率也会达到最大值，随后急剧下降。

2.光照强度对输出功率的影响：当光照强度增加时，输出功率也会随之增加。

但是当光照强度超过一定范围后，输出功率不再增加，反而开始下降。

3.温度对输出功率的影响：随着温度的升高，输出功率逐渐下降。

这是因为高温会使硅光电池的导电能力下降，从而降低其输出功率。

4.负载电阻对输出功率的影响：负载电阻的变化会影响电路中的电流和电压，从而对输出功率产生影响。

当负载电阻较小时，电路的电流较大，但电压较小，这会导致输出功率较低。

而当负载电阻较大时，电路的电流较小，但电压较大，可以使输出功率达到最大值。

结论：通过本次实验，我们得到了以下结论：1.硅光电池的I-V曲线和P-V曲线呈现出一定规律性，当电压达到一定值后，电流增加缓慢，随后Gong率开始下降。

硅光电池特性实验(3000系列)一、实验目的：了解光电池的光照、光谱特性，熟悉其应用。

二、基本原理：光电池是根据光生伏特效应制成的，不需加偏压就能把光能转换成电能的p-n结的光电器件。

当光照射到光电池P-N结上时，便在P-N结两端产生电动势。

这种现象叫“光生伏特效应”，将光能转化为电能。

该效应与材料、光的强度、波长等有关。

三、需用器件与单元：主机箱中的0～20mA可调恒流源、转速调节0～24V电源、电流表、电压表；庶光筒、发光二极管；硅光电池、光电器件实验（一）模板、。

四、实验步骤1、光照特性（开路电压、短路电流）⑴、光电池在不同的照度下，产生不同的光电流和光生电动势。

它们之间的关系就是光照特性。

实验时，为了得到光电池的开路电压Voc和短路电流Is不要同时（同步）接入电压表和电流表，要错时（异步）接入电路来测量数据。

a、光电池的开路电压(Voc)实验：按图43—1安装接线（注意接线孔的颜色相对应即+、-极性相对应），发光二极管的输入电流根据实验四十光照度对应的(如下表43—1的照度值)电流值，读取电压表Voc的测量值填入表43—1中。

表43—1光电池的开路电压(Voc)实验数据图43—1 光电池的开路电压(Voc)实验接线图b、光电池的短路电流(Is)实验：按图43—2安装接线（注意接线孔的颜色相对应即+、-极性相对应），发光二极管的输入电压根据实验四十光照度对应的(如下表43—2的照度值)电压值，读取电流表Is的测量值填入表43—2中。

表43—2 光电池的短路电流(Is)实验数据图43—2光电池的短路电流(Is)实验接线图⑵、根据表43—1、43—2的实验数据作出图43—3特性曲线图。

Voc（mV） Is(mA)0 照度（Lx） 100图43—3光电池开路电压短路电流特性曲。

实验九 硅光电池特性的研究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．【实验目的】1．研究硅光电池的主要参数和基本特性； 2．利用硅光电池设计一项具体应用．【实验原理】1．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I Ph ，同时由于PN 结二极管的特性，存在正向二极管管电流I D ，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 为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−=1n exp 0T k qV I I I I I B Ph D Ph （1）式中V 为结电压，I 0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，k B 为波尔茨曼常数，T 为绝对温度．在一定照度下，当光电池被短路（负载电阻为零），V = 0，由（1）式可得到短路电流Ph SC I I = （2）硅光电池短路电流与照度特性见图1．（2）硅光电池的开路电压与照度关系当硅光电池的输出端开路时，I = 0， 由（1）与（2）式可得开路电压⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=1ln 0I I q T nk V SC B OC （3） - 47 -图1 硅光电池的光照特性曲线硅光电池开路电压与照度特性见图1．2．硅光电池的伏安特性当硅光电池接上负载R 时，硅光电池可以工作在反向偏置电压状态或无偏压状态．它 的伏安特性见图2．图中可见，硅光电池的伏安特性曲线由二个部分组成：（1）反偏工作状态，光电流与偏压、负载电阻几乎无关（在很大的动态范围内）；（2由图2可看到，在一定光照下，负载曲线在电流轴上的截距是短路电流Ph 截距即为开路电压V OC ．图2 硅光电池的伏安特性曲线 3．硅光电池的光谱响应．图3为硅光电池的光谱特性曲线．即相对灵敏度K r 和入射光波长λ 的关系曲线．从图4中可看出，硅光电池的有效范围约在450—1100 nm 之间．硅光电池的灵敏度K 为()()()()λλληλλΔ=T P K （4） - 48 -其中：（1）P (λ)为硅光电池测得的光强，由硅光电池短路电流与照度的特性可以看出，在较大的光照范围内，其短路电流与照度成很好的线性关系，故可通过测量硅光电池的短路电流表示此时的光强．（2）实验中所用光源为白色超亮发光二极管，其光强η与波长λ关系可参见实验室提供的产品说明书．（3）实验室给出的各种波长滤色片的波长并不严格，它有一定的宽度，给出的仅仅是峰值．表征宽度通常是用半带宽∆λ表示，滤色片的峰值透射率用T 表示，各个波长滤色片的∆λ和T 并不一致，即使同一波长滤色片的峰值透射率在技术上也很难做到一致．因此，对每组实验仪器，各波长滤色片对应的峰值透射率T 及半带宽∆λ已附在各组实验仪器上． nm 硅光电池的光谱特性曲线硅光电池的相对灵敏度K r 为()()m r K K K λλ= （5）K m 为不同波长对应K （λ）的最大值*4．测量高锰酸钾溶液与透射光强的关系当溶液的浓度较小时，透射光强满足比尔定律（6） acx e I I −=0式中，c 为溶液的浓度，x 为液体厚度，a 为常数，I 0 溶度为零时的透射光强．测量通过不同溶液的浓度的短路电流I SC ，作lg （I SC ）随浓度c 的关系曲线，判断是否线性（可用最小二乘法求相关系数）．【实验仪器】硅光电池、光学导轨及支座附件，白色超亮发光二极管，聚光透镜，数字万用表，负载电阻（多圈电位器：100 k Ω），滤色片，偏振器，照度计，稳压电源，取样电阻（100 Ω），分压电阻R 1（100 k Ω）和R （多圈电位器：33 k Ω），比色槽等． 【实验内容】1．研究硅光电池的照度（光强）特性，用特性曲线表示结果．（1）测量硅光电池的短路电流与照度间的关系；由于硅光电池的短路电流随照度的变化太大从而给测量带来了困难，本实验采用测量取样电阻（100 Ω）上的电压来代替此时的短路电流．（2）测量硅光电池的开路电压与照度间的关系．- 49 -实验时通过改变硅光电池与光源间距离来改变照度，硅光电池的位置修正值由实验室提供；测量时，请考虑测量数据分布的合理性．（1）旋转偏振片使光照度最强（2）按图4（a）电路，测量无偏压状态下的伏安特性曲线，实验点不少于12个（包括开路电压点）；（3）保持光照不变，按图4（b）电路，测量反向偏压状态下伏安特性曲线，实验点不少于12个（小于5 V）；（4）用短路线替换负载电阻，测出此时的短路电流．（5）通过偏振片改变光照度（偏振片旋转15、30和45度），重复上述测量．3．光谱特性：研究硅光电池对不同入射波长的响应*2．设计一项具体应用，并得出实验结果．（1）设计一个测量高锰酸钾溶液浓度与透射率关系的实验装置．（2）验证马吕斯定律（交叉偏振片透射光强与偏振轴交角的关系：I = I0 cos2θ）【注意事项】切勿用手摸光学器件．若光学器件表面有沾污和灰尘，应请指导教师处理．【预习思考题】1．为什么可以通过测量取样电阻的电压值得到此时的短路电流值？2．实验时光源的相对光强发生了变化，对测量结果有何影响？3．在利用图4（b）测量硅光电池的反向偏压状态下伏安特性曲线时，如果稳压源接反会出现什么结果？4．图4（b）中的R和R1起什么作用？【思考题】1．请利用硅光电池的伏安特性实验数据分析总结硅光电池的输出电阻与光照的关系．2．硅光电池的输出与入射光照射瞬间有没有滞后现象？可否用实验证明．- 50 -。

一、实验目的1. 了解硅光电池的工作原理及其应用。

2. 研究硅光电池的主要参数和基本特性。

3. 掌握硅光电池在不同光照条件下的性能变化。

二、实验原理硅光电池是一种将光能直接转换为电能的光电转换器。

当光照射到硅光电池的PN 结上时，会产生光生电子-空穴对，从而产生电流。

本实验主要研究硅光电池的照度特性、负载特性和光谱特性。

三、实验器材1. 硅光电池2. 照度计3. 可变电阻4. 电压表5. 电流表6. 稳压电源7. 光源（如白光光源）8. 单色光光源9. 光谱分析仪10. 记录仪四、实验步骤1. 照度特性实验(1) 将硅光电池置于不同照度条件下，记录对应的电压和电流值。

(2) 利用照度计测量不同照度下的光照强度。

(3) 绘制硅光电池的照度特性曲线。

2. 负载特性实验(1) 将硅光电池接上不同负载电阻，记录对应的电压和电流值。

(2) 绘制硅光电池的负载特性曲线。

3. 光谱特性实验(1) 将硅光电池分别置于白光光源和单色光光源下，记录对应的电压和电流值。

(2) 利用光谱分析仪分析硅光电池的光谱特性。

(3) 绘制硅光电池的光谱特性曲线。

五、实验结果与分析1. 照度特性实验结果显示，硅光电池的短路电流与照度呈线性关系，开路电压与照度呈非线性关系。

当光照强度增加时，短路电流和开路电压也随之增加。

2. 负载特性实验结果显示，硅光电池的伏安特性曲线由两个部分组成：反偏工作状态和无偏工作状态。

在反偏工作状态下，光电流与偏压、负载电阻几乎无关；在无偏工作状态下，光电流随偏压和负载电阻的增加而减小。

3. 光谱特性实验结果显示，硅光电池的光谱灵敏度与入射光的波长有关。

在可见光范围内，硅光电池的光谱灵敏度较高，而在红外和紫外区域，光谱灵敏度较低。

六、结论1. 硅光电池具有线性照度特性，短路电流与照度呈线性关系，开路电压与照度呈非线性关系。

2. 硅光电池的伏安特性曲线由反偏工作状态和无偏工作状态组成，反偏工作状态下光电流与偏压、负载电阻几乎无关，无偏工作状态下光电流随偏压和负载电阻的增加而减小。