硅光电池讲义

防腐蚀的保护作用。
硅光电池 n-p R + SpniO结 pn- 为防为防受光 衬光按为防为防 按2为防2为防为防光为防光按CC了腐了腐光电底电结了腐了腐结了腐了腐了腐电了腐电结RR减 蚀 减 蚀 面 池方 池 构 减 蚀 减 蚀构 系 减 蚀 系 减 蚀 减 蚀 池 减 蚀 池 构少的少的上按 面按分少的少的 分列少的列少的少的中少的中分反保反保的材 的材，反保反保 ，硅反保硅反保反保最反保最，射护射护电料 电料有射护射护 有光射护光射护射护典射护典有光作光作极分 极分同光作光作 同电光作电光作光作型光作型同，用，用称， 称，质，用，用 质池，用池，用，用的，用的质增。增。为有 为有结增。增。 结是增。是增。增。是增。是结加加前硅 后硅和加加和以加以加加同加同和透透极、极、异透透异透透透质透质异NN型型射射或硒 或硒质射射质射射射结射结质硅硅光光上、 下、结光光结光光光硅光硅结为为，，电硫 电硫光，，光，，，光，光光衬衬一一极化 极化电一一电一一一电一电电底底般般，镉 。镉池般般池般般般池般池池，，都都为、 、等都都等都都都。都。等PP在在了砷 砷。在在。在在在在。型型受受减化 化受受受受受受硅硅光光少镓 镓光光光光光光为为L面面遮和 和面面面面面面受受上上光无 无上上上上上上光光涂涂，定 定涂涂涂涂涂涂面面有有前型 型有有有有有有的的极材 材SSSSSSSS光光iiiiiiiiOOOOOOOO多料 料电电22222222作的 的或或或或或或或或池池成光 光MMMMMMMM。。梳电 电ggggggggFFFFFFFF状池 池22222222，，，，，，，，。等 等SSSSSSSS。 。iiiiiiii33333333NNNNNNNN44444444，，，，，，，，SSSSSSSS2iiiiiiiiOOOOOOOO22222222－－－－－－－－MMMMMMMMggggggggFFFFFFFF22222222等等等等等等等等材材材材材材材材料料料料料料料料的的的的的的的的防防防防防防防防反反反反反反反反射射射射射射射射膜膜膜膜膜膜膜膜，，，，，，，，同同同同同同同同时时时时时时时时也也也也也也也也可可可可可可可可以以以以以以以以起起起起起起起起到到到到到到到到防防防防防防防防潮潮潮潮潮潮潮潮，，，，，，，，

工作原理——光生伏特效应
硅光电池实际上就是一个 大面积的PN结。 当阳光照射时，光子使硅 原子中的电子变成自由电 子，而在电子原来的位置 形成空穴。在PN结存在的 电场的作用下，运动到PN 结附近的电子被拉向N区， 空穴被拉向P区，于是在N 区和P区形成了电子和空穴 的积累，使N区和P区两端 产生电动势。
2.2.2 硅光电池
光电1302班 03号 黄丽萍
硅光电池
一种将光能直接转换成电 能的的半导体器件，以硅 半导体材料制成。
优点：性能优良、工作稳 定、体积小，不需要工作 电压，在稳定光照下是 “安静”的。
结构
硅光电池的基体材料为一 薄片P型单晶硅，其厚度在 0.44mm以栅状电极下，在 它的表面上利用热扩散法 生成一层N型受光层，基体 和受光层的交接处形成PN 结。在N型受光层上制作有 栅状负电极，另外在受光 面上还均匀覆盖有抗反射 膜，它是一层很薄的天蓝 色一氧化硅膜，可以使电 池对有效人射光的吸收率 达到90%以上，并使硅光电 池的短路电流增加25%-30%。
技术参数
按照我国半导体器件型号命名的规定，P/N电池的型号为 2CR，N/P电池的型号为2DR。 • 开路电压Uoc：当硅光电池外电路断开时，测得的端电压为 开路电压。它随着光照强度的增加而增加，光照比较小时， 变化率较大，当光照达到一定强度后，变化率较小。 • 短路电流Isc：当硅光电池外电路 短接时，测得的电流为短路电流。 它随光强呈线性变化。
技术参数
•转换效率η （％） •面积或直径：开路电压与面积大小无关，短路电流则 与电池面积成正比
硅光电池内阻
• 硅光电池内阻Rsh=Uoc/Isc
由图可知，Rsh随光照强度增 大而减小。
硅光电池的负载特性

• 封装技术：封装不仅保护硅光电池免受外界环境的影响，还通过优化热管理来提高稳定性， 确保长期高效运行。
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制造工艺流程
• 晶体生长与切割：采用 Czochralski 法生长单晶硅，通过精确控制的温度梯度和旋转速度确 保晶体的均匀性和纯度，切割过程则需保证晶片厚度的精准一致。
• 表面处理与扩散：对晶片进行化学腐蚀去除损伤层，再通过高温扩散掺杂形成 PN 结，这一 步骤直接影响电池的光电转换效率和稳定性。
硅光电池的奥秘：探索光电转换的未来
Overview
1. 硅光电池的基础概念 2. 硅光电池的工作原理 3. 硅光电池的结构组成 4. 硅光电池的应用前景
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硅光电池的基础概念
硅光电池的定义
• 光电效应应用：硅光电池利用光电效应，将光能直接转换为电能，广泛应用于太阳能发电系 统中。
• 半导体核心地位：硅作为半导体材料，因其优异的光电性能和丰富的资源，成为制造光电池 的首选材料。
• 光电流生成: 自由电子和空穴在外部电路的作用下形成电流，这是硅光电池将光能转化为电 能的关键过程。
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电荷分离与传输
• PN 结的作用：PN 结通过电子与空穴的扩散形成内建电场，实现光生载流子的有效分离，促 进电流产生。
• 电荷载流子的运动：光激发下，电子向 N 区移动，空穴向 P 区移动，形成光电流，体现光电 转换效应。
• 能量转换原理：当光子照射到硅片上时，激发电子跃迁形成电流，实现光能向电能的转换。
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硅光电池的工作原理
光吸收与电子激发
• 光波粒二象性: 光具有波动性和粒子性的双重属性，波动性表现为电磁波的传播，粒子性则 体现在光子的能量传递上。
• 电子能级跃迁: 当光子能量与材料中电子的能级差匹配时，电子会从价带跃迁至导带，形成 自由电子和空穴。

【实验目的】1、初步理解硅光电池机理。

2、测量硅光电池开路电动势、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。

【实验原理】（原理概述，电学。

光学原理图，计算公式）在P 型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n 结（如图1），由于光照，在A 、B 电极之间出现一定的电动势。

在有外电路时，只要光照不停止，就会源源不停地输出电流，这种现象称为光伏效应。

运用它制成的元器件称之为硅光电池。

光伏效应最重大的应用是能够将阳光直接转换成电能，是当今世界众多国家致力研究和开拓应用的课题*。

从光伏效应的机理可知（见附录），硅光电池输出的电流I L是光生电流I P和在光生电压V p作用下产生的p-n 结正向电流I F之差，即I L=I P-I F。

根据p-n 结的电流和电压关系式中V P 是光生电压,I S 为反向饱和电流,因此输出电流此即光电流体现式。

普通I p>> I S，上式括号内的1 可无视。

对于硅光电池有外加偏压时，（1）式应改为上式中，就是p-n 结在外加偏压V作用下的电流。

图中的(a)(b)两条曲线分别表达无光照和有光照时硅光电池的I-V 特性，由此可知，硅光电池的伏安特性曲线相称于把p-n 结的伏安特性曲线向下平移，它在横轴与纵轴的截距分别给出了V OC和I SC。

实验表明：在V =0 状况下，当硅光电池外接负载电阻R L，其输出电压和电流均随R L变化而变化。

只有当R L取某一定值时输出功率才干达成最大值P m，即所谓最佳匹配阻值R L=R LB，v oc而R LB则取决于太阳能电池的内阻R i=I。

因V OC和I SC均随光照强度的增强而增大，所不同的是SCV OC与光强的对数成正比，I SC与光强(在弱光下)成正比，因此R i亦随光强度变化而化。

如图3所示。

V OC、I SC和R i都是太阳能电池的重要参数，最大输出功率P m和V OC与I SC乘积之比FF 是表征硅光电池性能优劣的指标，称为填充因子。

单晶硅光电池
单晶硅光电池是一种将光能直接转换为电能的半导体器件，它是利用单晶硅材料的光电转换特性制成的。

以下是关于单晶硅光电池的一些详细介绍：
1. 工作原理：当光线照射到单晶硅光电池的表面时，光子与硅原子相互作用，激发电子从价带跃迁至导带，从而产生自由电子和空穴对。

在电池内部，这些自由电子和空穴在电场的作用下分别向正负两极移动，形成电流，实现了光能到电能的转换。

2. 结构特点：单晶硅光电池通常由 P 型和 N 型硅材料组成，中间通过 PN 结连接。

P 型硅中掺入了三价杂质（如硼），而 N 型硅中掺入了五价杂质（如磷）。

PN 结的形成使得电子和空穴在结区附近产生了浓度差，从而形成了内建电场。

3. 性能优势：相较于其他类型的光电池，单晶硅光电池具有转换效率高、稳定性好、寿命长等优势。

其转换效率通常可达到 15%至 25%，在一些高端应用中甚至可以超过 30%。

4. 应用领域：单晶硅光电池广泛应用于太阳能发电、光伏系统、航空航天、环境监测、工业自动化等领域。

它可以单独使用，也可以与其他电子元件组成复杂的电路系统。

总之，单晶硅光电池作为一种重要的光能转换器件，具有广阔的应用前景和市场潜力。

随着技术的不断进步，其性能将进一步提高，成本也将不断降低，为可再生能源的利用和环境保护做出更大的贡献。

补充：光电池硅光电池：是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。

它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN 结，把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回路，当二极管的管芯(PN结)受到光照时，微安表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。

硅光电池的PN结面积要比二极管的PN结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。

光敏传感器的基础是光电效应，即利用光子照射在器件上，使电路中产生电流或使电导特性发生变化的效应。

目前半导体光敏传感器在数码摄像、光通信、航天器、太阳能电池等领域得到了广泛应用，在现代科技发展中起到了十分重要的作用。

晶体硅光电池：晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类，用P型（或n型）硅衬底，通过磷（或硼）扩散形成Pn结而制作成的，生产技术成熟，是光伏市场上的主导产品。

采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术，提高材料中的载流子收集效率，优化抗反射膜、凹凸表面、高反射背电极等方式，光电转换效率有较大提高。

非晶硅光电池：a-Si（非晶硅）光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成的。

由于分解沉积温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1μm厚的薄膜，易于大面积化，成本较低，多采用p in结构。

为提高效率和改善稳定性，有时还制成三层p in 等多层叠层式结构，或是插入一些过渡层。

研发动向是改善薄膜特性，精确设计光电池结构和控制各层厚度，改善各层之间界面状态，以求得高效率和高稳定性。

多晶硅光电池：p-Si（多晶硅，包括微晶）光电池没有光致衰退效应，材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响，是国际上正掀起的前沿性研究热点。

在单晶硅衬底上用液相外延制备的p-Si光电池转换效率为15.3%，经减薄衬底，加强陷光等加工，可提高到23.7%，用CVD法制备的转换效率约为12.6-17.3%。

采用廉价衬底的p-Si薄膜生长方法有PECVD和热丝法，或对a-Si：H材料膜进行后退火，达到低温固相晶化，可分别制出效率9.8%和9.2%的无退化电池。

硅光电池原理硅光电池是一种将太阳能转化为电能的装置，其原理基于光生电压效应。

在硅光电池中，光子被硅吸收后会激发电子，使其跃迁到导带中，从而产生电流。

本文将从硅光电池的结构、工作原理和发展前景等方面进行介绍。

硅光电池的结构主要由P型硅、N型硅和P-N结构组成。

P型硅中掺入了三价元素，使其形成P型半导体；N型硅中掺入了五价元素，形成N型半导体。

P-N结构是指P型硅和N型硅通过扩散结合在一起，形成一个电势垒。

当光子照射到P-N结构上时，会激发电子，使其跃迁到导带中，同时产生空穴。

由于电势垒的存在，导致电子和空穴在P-N结构中分离，形成电压，从而产生电流。

硅光电池的工作原理可以用光生电压效应来解释。

光生电压效应是指在光照射下，P-N结构中的电子和空穴被分离，从而产生电压。

当外接负载时，电子和空穴会在P-N结构中重新结合，释放出能量，从而驱动电流通过负载。

这就是硅光电池将太阳能转化为电能的基本原理。

随着能源危机的日益严重和环境保护意识的增强，太阳能作为一种清洁、可再生的能源受到了广泛关注。

硅光电池作为太阳能电池的主要形式，具有成本低、效率高、寿命长等优点，因此在未来的能源领域有着广阔的应用前景。

目前，硅光电池的效率不断提高，制造成本不断降低，同时也出现了新型的太阳能电池技术，如薄膜太阳能电池、多结太阳能电池等，这些技术的不断发展将进一步推动硅光电池的应用。

总的来说，硅光电池是一种将太阳能转化为电能的装置，其原理基于光生电压效应。

通过P-N结构的形成，光子的吸收和电子空穴的分离，最终实现太阳能的转化。

随着太阳能产业的发展，硅光电池技术也在不断创新和进步，未来将有更广泛的应用前景。

硅光电池原理硅光电池是利用半导体材料的光电转换原理制成的太阳能电池，其主要成分是纯度高达99.999%的硅晶体。

硅晶体在受到光照下会产生能量传导的效应，从而转换为电流输出。

硅光电池的结构由p型和n型硅组成的p-n结构的太阳能电池。

p型硅和n型硅的本征半导体浓度不同，故在两种材料接触的地方形成一个pn结。

在这个结点区域中，p区的材料富余正离子，n区的材料富余负离子。

当硅光电池受到光照后，光子的能量会使得硅中的电子受激发而离开原来的位置，从而产生了电子空穴对。

在p-n结区域，受光子激发的电子在电场力的作用下会向n型硅离开p-n结，空穴反之。

这样，p-n结上面的电子和空穴的流动形成了一个电池的正负极，产生了电流和电压输出。

这种构成的太阳能电池是硅太阳能电池。

硅光电池中的输出功率密度是指在单位面积上输出电能的能量。

这个值可以通过将硅光电池的输出电压和输出电流相乘来获得。

硅光电池的输出功率密度与光电转换效率和太阳能电池的面积有关。

提高硅光电池的输出功率密度需要提高其光电转换效率或扩大太阳能电池的面积。

硅光电池是利用半导体材料的光电转换原理制成的太阳能电池。

硅光电池的机理是通过在p-n结区域中产生电子-空穴对，使得硅太阳能电池可以产生电流和电压输出。

硅光电池的光电转换效率和输出功率密度是两个关键性能指标，这些指标取决于许多因素，包括光照强度，温度和制造工艺等。

硅光电池是当前最为广泛应用的太阳能电池，其广泛应用是因为硅材料的独特性能。

硅材料的晶体结构为直接半导体，具有很好的光谱响应特性，同时还具有优良的电特性和化学稳定性。

与其他太阳能电池相比，硅光电池有许多优势，包括成本低廉、长期稳定性好、可靠性高以及容易大规模生产等。

硅光电池是目前最主要的太阳能电池之一，已经在许多国家和地区被广泛应用于太阳能发电场、太阳能家电和太阳能充电器等领域。

硅光电池的性能因素主要包括硅材料的质量、太阳辐射、温度、制造工艺和光谱响应等因素。

开路电压则是指负载电阻远大于光电池的内阻时硅光电池两端的电压，而当
硅光电池的输出端开路时有 I 0 ，由（2）和 ISC I ph 可得开路电压为：
VOC
nkBT q
ln
I SC I0
1
（3）
开路电压与光照度之间为对数关系，因而具有饱和性。因此，把硅光电池作
为敏感元件时，应该把它当作电流源的形式使用，即利用短路电流与光照度成线
性的特点，这是硅光电池的主要优点。
【实验内容与步骤】
1. 硅光电池的伏安特性测试 （1）将光源用的钨丝盒、检测用的硅光电池盒置于暗箱九孔插板中，电源
由直流恒压源 DH-VC3 提供，按照图 3 所示连接好实验线路，开关 K 指向 1 时， 电压表测量开路电压 Uoc，开关 K 指向 2 时，Rx 短路，电压表测量 R 电压 UR。 其中光源用钨丝灯，电阻箱为外置电阻箱(从 0 调至 10000 ),由实验者自行 连接到电路中，光源电压+0—12V(可调)。
6
50
7
103
8
188
9
311
10
479
10.5
591
11
701
11.5
834
12
982
3. 根据实验数据画出硅光电池的伏安特性曲线和光照特性曲线。
【思考题】
1. 验光电池在工作时为什么要处于零偏或负偏？
2. 光电池用于线性光电探测器时，对耗尽区的内部电场有何要求？
【知识拓展】
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。
式（2）中 I 为流过硅光电池的总电流，Is 为反向饱和电流，V 为 PN 结两端 电压，T 为工作绝对温度，Ip 为产生的反向光电流。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；当光电池处于负偏时（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 池必须处于零偏或负偏状态。

硅光电池原理硅光电池是一种能够将太阳能转化为电能的装置，它是利用半导体材料的光电效应来实现的。

在硅光电池中，光线照射到硅片上会产生光生电子和空穴对，这些电子和空穴对会在半导体中产生电流，从而实现能量转化。

硅光电池的原理主要包括光生电荷的产生和电荷的分离与收集两个方面。

首先，光生电荷的产生是硅光电池能够转化太阳能的关键步骤。

当光线照射到硅片上时，光子会激发硅原子中的电子，使其跃迁到导带中，形成光生电子和空穴对。

这些光生电子和空穴对的产生是通过光生电荷效应实现的，它是硅光电池能够将太阳能转化为电能的基础。

其次，电荷的分离与收集是硅光电池实现能量转化的关键环节。

在硅光电池中，通过P-N结的形成，光生电子和空穴对会被分离到P区和N区，从而形成电势差。

这个过程实际上是利用P-N结的内建电场来实现的，它使得光生电子和空穴对被分离到不同的区域，从而产生电流。

随后，通过金属导线将这些电子和空穴对收集起来，形成电流输出，实现能量转化。

总的来说，硅光电池的原理是利用光生电荷效应产生光生电子和空穴对，然后通过P-N结的形成实现电荷的分离与收集，最终将太阳能转化为电能。

这种原理的实现是依托于硅材料的半导体特性，以及P-N结的内建电场效应。

通过不断地优化硅光电池的材料和结构，可以提高其光电转化效率，从而更好地利用太阳能资源。

除了硅光电池，还有其他类型的光电池，如多结光电池、薄膜光电池等，它们的原理和结构各有不同，但都是利用半导体材料的光电效应来实现太阳能的转化。

随着太阳能技术的不断发展，光电池作为一种清洁能源装置，将会在未来得到更广泛的应用和推广，为人类的可持续发展做出贡献。

综上所述，硅光电池的原理是基于半导体材料的光电效应，通过光生电荷的产生和电荷的分离与收集来实现太阳能的转化。

通过不断的研究和创新，硅光电池的效率将会不断提高，为清洁能源领域带来更多的可能性和发展空间。

振镜硅光电池是一种新型的光电转换器件，它具有体积小、重量轻、结构紧凑、寿命长、维护简单、成本低等优点，可以广泛应用于太阳能发电、航空航天、军事等领域。

振镜硅光电池的原理是基于光伏效应，当太阳光照射到电池表面时，光子穿过电池表面，与电池内部的半导体材料相互作用，产生电子和空穴对。

这些电子和空穴对在半导体内部产生电流，从而实现了光电转换。

振镜硅光电池的结构主要由反射镜、光学透镜、硅光电池片、边框等组成。

其中，反射镜的作用是将太阳光反射到光学透镜上，光学透镜的作用是将太阳光聚焦到硅光电池片上，硅光电池片的作用是吸收太阳光并产生电流，边框的作用是保护电池不受损坏。

振镜硅光电池的优点在于其结构紧凑、体积小、重量轻，同时具有较高的光电转换效率和稳定性，可以长期使用且维护简单。

此外，由于其采用光伏效应原理，因此不会产生噪音和污染，可以广泛应用于各种领域。

总之，振镜硅光电池是一种具有重要应用前景的光电转换器件，它的出现为太阳能发电等领域带来了新的发展机遇。

硅光电池的原理与应用1. 硅光电池的原理硅光电池，又称为光伏电池，是一种利用光照射产生电能的装置。

它基于光电效应，通过将光能转化为电能来实现能量的转换。

硅光电池的工作原理如下：1.光的吸收：硅光电池通常由硅材料制成，硅材料能够有效吸收光的能量。

当光线照射到硅光电池上时，光能被吸收并传递给硅材料。

2.电子的激发：光能被硅材料吸收后，会激发硅原子中的电子。

这些激发的电子跃迁到硅材料的导带中，形成自由电子和正空穴。

3.电流的生成：由于形成的自由电子和正空穴带有电荷，它们会在外加电场的作用下分别向正负电极移动，形成电流。

这样，光能就被转化为了电能。

4.电能的利用：硅光电池通过连接电池的正负电极，将产生的电流引出，可以用于驱动电器设备、充电电池等。

2. 硅光电池的应用硅光电池作为一种绿色、可再生的能源转换装置，在各个领域应用广泛。

以下是硅光电池的几个主要应用领域：2.1 太阳能发电硅光电池最主要的应用之一就是太阳能发电。

太阳能是一种清洁、可再生的能源，利用太阳能发电可以减少对传统能源的依赖，降低能源消耗对环境的污染。

硅光电池作为太阳能电池的核心元件，可以将太阳能转化为电能，用于供电、储能等。

2.2 电子设备充电在移动互联网时代，各种电子设备的使用和充电需求增加。

硅光电池可以通过光照产生电能，可以利用太阳能为手机、平板电脑、智能手表等电子设备充电，解决了传统充电方式的一些限制和不便。

2.3 建筑一体化硅光电池还可以与建筑一体化，形成建筑光伏发电系统。

将硅光电池集成到建筑表面的玻璃幕墙、屋顶等位置，可以通过光照直接产生电能。

这不仅可以为建筑自身供电，还可以将多余的电能通过储存设备储存，用于夜间或低光照条件下的供电。

2.4 农业应用硅光电池可以应用于农业领域，用于农业灌溉、农田水泵等设备的供电。

通过光照产生的电能，可以实现农田的自动化管理，提高农业生产效率，减少能源消耗。

2.5 空间应用由于硅光电池具有高效转换光能为电能的能力，因此在航天、卫星等空间应用中也得到了广泛应用。

BPW 21Silizium-Fotodiode für den sichtbaren SpektralbereichSilicon Photodiode for the Visible Spectral Range 2001-02-211Wesentliche Merkmale•Speziell geeignet für Anwendungen im Bereich von 350nm bis 820nm•Angepaßt an die Augenempfindlichkeit (V λ)•Hermetisch dichte Metallbauform (ähnlich TO-5)Anwendungen•Belichtungsmesser für Tageslicht•Für Kunstlicht mit hoher Farbtemperatur in der Fotografie und Farbanalyse Typ Type Bestellnummer Ordering Code BPW 21Q62702-P885Features•Especially suitable for applications from 350nm to 820nm•Adapted to human eye sensitivity (V λ)•Hermetically sealed metal package (similar to TO-5)Applications•Exposure meter for daylight•For artificial light of high color temperature in photographic fields and color analysisGrenzwerte Maximum RatingsBezeichnung Parameter SymbolSymbolWertValueEinheitUnitBetriebs- und Lagertemperatur Operating and storage temperature range Top; T stg– 40…+ 80°CLöttemperatur (Lötstelle 2mm vom Gehäuse entfernt bei Lötzeit t≤3s) Soldering temperature in 2 mm distance from case bottom (t≤3s)TS235°CSperrspannung Reverse voltage VR10VVerlustleistung, T A=25°C Total power dissipation Ptot250mWKennwerte (T A=25°C, Normlicht A, T=2856 K) Characteristics (T A=25°C, standard light A, T=2856K)Bezeichnung Parameter SymbolSymbolWertValueEinheitUnitFotoempfindlichkeit, V R=5VSpectral sensitivityS10 (≥ 5.5)nA/lxWellenlänge der max. FotoempfindlichkeitWavelength of max. sensitivityλS max550nmSpektraler Bereich der FotoempfindlichkeitS=10% von SmaxSpectral range of sensitivityS=10% of Smaxλ350…820nmBestrahlungsempfindliche FlächeRadiant sensitive areaA7.34mm2Abmessung der bestrahlungsempfindlichen FlächeDimensions of radiant sensitive area L×BL×W2.73×2.73mm×mmAbstand Chipoberfläche zu GehäuseoberflächeDistance chip front to case surfaceH 1.9…2.3mmHalbwinkel Half angle ϕ±55Graddeg.2001-02-2122001-02-213Dunkelstrom Dark current V R = 5 V V R = 10 mVI R I R 2 (≤ 30)8 (≤ 200)nA pA Spektrale Fotoempfindlichkeit, λ = 550 nm Spectral sensitivityS λ0.34A/W Quantenausbeute, λ = 550 nm Quantum yieldη0.80Electrons Photon Leerlaufspannung, E v = 1000 Ix Open-circuit voltageV O 400 (≥ 320)mV Kurzschlu ßstrom, E v = 1000 Ix Short-circuit currentI SC 10µA Anstiegs- und Abfallzeit des Fotostromes Rise and fall time of the photocurrentR L = 1 k Ω; V R = 5 V; λ = 550 nm; I p = 10 µA t r, t f1.5µsDurchla ßspannung, I F = 100 mA, E = 0 Forward voltageV F 1.2V Kapazit ät, V R = 0 V, f = 1 MHz, E = 0 CapacitanceC 0580pF Temperaturkoeffizient von V O Temperature coefficient of V O TC V – 2.6mV/K Temperaturkoeffizient von I SC Temperature coefficient of I SCTC I – 0.05%/K Rausch äquivalente Strahlungsleistung Noise equivalent power V R = 5 V, λ = 550 nmNEP7.2×10– 14Nachweisgrenze, V R = 5 V, λ = 550 nm Detection limitD*1×1012Kennwerte (T A =25°C, Normlicht A, T =2856 K)Characteristics (T A =25°C, standard light A, T =2856K) (cont ’d)Bezeichnung Parameter Symbol SymbolWert ValueEinheit UnitW Hz -----------cm Hz ×W--------------------------2001-02-214SI Directional Characteristics S relIMaßzeichnungPackage OutlinesMaße werden wie folgt angegeben: mm (inch) / Dimensions are specified as follows: mm (inch).Published by OSRAM Opto Semiconductors GmbH & Co. OHGWernerwerkstrasse 2, D-93049 Regensburg© All Rights Reserved.Attention please!The information describes the type of component and shall not be considered as assured characteristics.Terms of delivery and rights to change design reserved. Due to technical requirements components may contain dangerous substances. For information on the types in question please contact our Sales Organization.PackingPlease use the recycling operators known to you. We can also help you – get in touch with your nearest sales office. By agreement we will take packing material back, if it is sorted. You must bear the costs of transport. For packing material that is returned to us unsorted or which we are not obliged to accept, we shall have to invoice you for any costs incurred.Components used in life-support devices or systems must be expressly authorized for such purpose! Critical components 1 , may only be used in life-support devices or systems 2 with the express written approval of OSRAM OS.1 A critical component is a component usedin a life-support device or system whose failure can reasonably be expected to cause the failure of that life-support device or system, or to affect its safety or effectiveness of that device or system.2 Life support devices or systems are intended (a) to be implanted in the human body, or (b) to support and/or maintainand sustain human life. If they fail, it is reasonable to assume that the health of the user may be endangered.2001-02-215。

硅光电池伏-安特性的研究硅光电池（也常称为太阳能电池）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。

它具有寿命长、使用方便、无噪音、无污染等优点。

经过人们40多年的努力，太阳能电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。

目前，太阳能电池已成为空间卫星的基本电源和地面无电、少电地区及某些特殊领域（通信设备、气象台站、航标灯等）的重要电源。

有专家预言，在21世纪中叶，太阳能光伏发电将占世界总发电量的15% ~ 20%，成为人类的基础能源之一，在世界能源构成中占有一定的地位。

因而了解太阳能电池的工作原理和基本性能非常重要。

【实验目的】1. 了解硅光电池的工作原理。

2. 测定硅光电池的伏-安特性 【实验仪器】THKGD-1型硅光电池特性实验仪 【实验原理】硅光电池内部结构如图1所示，主要由两部分组成：n 型硅基片层和p 型硅受光层。

根据pn当光照在p 型硅表面，且光子能量大于材料的禁带宽度时，在pn 结内产生电子-空穴对。

n 区电子密度增加，p 区空穴密度增加，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，如果连接灵敏电流计形成闭合电路，则在回路中产生光电流，光电流的大小与入射光强有关。

硅光电池的工作原理是基于光伏效应。

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，入射光子将把处于价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。

流过pn 结两端的电流可下式确定上式中I s 为饱和电流，V 为pn 结两端的电压，T 为绝对温度，I p 为产生的光电流。

从式中可以看到，当硅光电池处于零偏时，V =0，流过pn 结的电流I=I p ；当硅光电池处于反偏时（在本实验中取V =-5V ），流过PN 结的电流I =I p -I s 。

4.2光电池光电池主要是把光能转换成电能的器件。

它也可以作为光电信号的探测。

制造光电池的材料有硅、硒、锗、多晶硅等。

目前以硅光电池应用最广泛，它具有高效率，宽的光谱响应等特点。

下面以硅光电池为例。

4.2.1硅光电池结构硅光电池有两种分别为2DR型和2CR型。

2DR是以P型硅为衬底，进行n掺杂形成p－n。

光敏面积大接受辐射能量多，输出电流大。

大面积光敏 面采梳状电板可减少表面接触电阻。

光敏面积大接受辐射能量多，输出电流大。

大面积光敏 面采梳状电板可减少表面接触电阻。

4.2.2硅光电池的工作原理当入射光照在两种半导体的结合处时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，将产生一个电子－空穴对，光照越强，产生的电子－空穴对越多，在自建电场的作用下，光生载流子将分别向p区和n 区漂移，在耗尽区的两侧便会出现过剩的电子和空穴。

使n区带负电，p区带正电，建立起与自建电场相反的电场。

电场的方向是p 正，n 负，形成光生电动势。

把pn 结两端用导线连接起来，电路中便产生了电流，这就是光电效应，也是光电池的工作原理4.2.31.光谱特性:光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。

不同材料的光电池, 光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的, 硅光电池在0.8μm 附近, 硒光电池在0.5 μm 附近。

硅光电池的光谱响应波长范围为0.4~1.2 μm, 而硒光电池的范围只能为0.38~0.75 μm2. 光照特性光电池在不同光照度下, 光电流和光生电动势是不同的。

短路电流在很大范围内与光照强度成线性关系, 开路电压（负截电阻RL 无限大时）与光照度的关系是非线性的, 并且当照度在2000 lx 时就趋于饱和了。

因此光把电池作为测量元件时, 应把它当作电流源的形式来使用, 不能用作电压源。

4.6光电发射器件4.6.1. 光电发射效应在光照下，某些材料中的电子逸出表面而产生光电子发射的现象称为光电发射效应，也称外光电效应λ为入射光的波长， φ为金属逸出功。

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。