0 0 实验目的 （1）了解太阳能电池的基本特性。 （2）测绘太阳能电池的光照伏安特性。
实验仪器 名称 型号 太阳能电池基实验仪 ZKY-SAC-I 太阳能电池基实验仪导轨 ZKY-SAC-I-S3
可变负载 ZKY-SAC-I-S4
太阳能电池测试盒 ZKY-SAC-I-S5
请认真填写
0 0实验原理（注意：原理图、测试公式）
1． PN结的形成及单向导电性 1．ＰＮ结的形成 （1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在 载流子浓度的差异 ，这样电子和空穴都要 从浓度高的地方向浓度低的地方扩散 。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为 空间电荷 ，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的 ＰＮ结。 （2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为 耗尽层 。 （3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为 内电场 。 （4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是 内电场将阻碍多子的扩散 ，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方， 使空间电荷区变窄 。
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2．ＰＮ结的单向导电性 （1） 外加正向电压 （正偏） 在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。 （2） 外加反向电压 （反偏） 在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。 因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流 。 当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为 反向饱和电流 。
3.13 pn结正向压降与温度关系的研究和应用 1
3.13pn结正向压降与温度关系的研究和应用-1
实验3.13 PN结正向压降与温度关系的研究与应用
常用的温度传感器有热电偶、测温电阻器和热敏电阻等，这些温度传感器均有各自的优点，但也有它的不足之处，如热电偶适用温度范围宽，但灵敏度低、且需要参考温度；热敏电阻灵敏度高、热响应快、体积小，缺点是非线性，且一致性较差，这对于仪表的校准和调节均感不便；测温电阻如铂电阻有精度高、线性好的优点，但灵敏度低且价格较贵；而pn结温度传感器则有灵敏度高、线性较好、热响应快和体积轻巧易集成化等优点，所以其应用势必日益广泛。但是这类温度传感器的工作温度一般为-50℃-150℃，与其它温度传感器相比，测温范围的局限性较大，有待于进一步改进和开发。【实验目的】
1.了解PN结正向压降与温度的基本关系。
2.在恒流小电流条件下，测绘pn结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度和被测pn结材料的禁带宽度。3.学习曲线改直的数据处理方法。4.学习用excel进行曲线拟合的方法。【实验仪器】
PN结正向压降温度特性测试仪、温度传感器实验装置、加热炉、PT100温度传感器、PN结温度传感器和导体。[实验原理]
理想pn结的正向电流if和压降uf存在如下近似关系式：
如果Isexp（QUF）（3.13.1）KT，其中q是电子电荷；K是玻尔兹曼常数；T为绝对温度；Is是反向饱和电流（与PN结材料的带隙和温度有关），可以证明
is?ctexp(??qus(0)kt)(3.13.2)
式中，C是与结面积和杂质浓度相关的常数；？也是一个常数；当us（0）为绝对零时，PN结材料的导带底部和价带顶部之间的电位差。对应的QUS（0）是PN结材料的带隙宽度。
将式(3.13.2)代入式(3.13.1)，两边取对数可得
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电桥测电阻及PN结正向电压温度特性的研究
电桥法是测量电阻的常用方法，利用桥式电路制成的各种电桥是用比较法进行测量的仪器。电桥法实质上是将被测电阻与标准电阻进行比较来确定被测电阻值的。电桥法具有测试灵敏、准确度
一 用电桥测电阻
一、实验目的
二、 仪器和用具
ＱＪ２４型直流单臂电桥，固定电阻元件板，NKJ-B型组合式热学实验仪，万用电表，导线等；
三、实验原理
电桥法测电阻是将待测电阻和标准电阻进行比较来确定其值的。由于标准电阻本身误差非常小，
惠斯通电桥的原理如图1所示。图中的标准电阻Ra、Rb、R及待测电阻Rx构成四边形，每一边称作电桥的一个“臂”。对角点Ａ、Ｃ与Ｂ、Ｄ分别接电源Ｅ支路和检流计Ｇ支路。所谓“桥”就是指ＢＤ这条对角线而言，而检流计在这里的作用是将“桥”的两个端点Ｂ、Ｄ的电势直接进行比较。当接通电桥电源开关Ｂ0和开关Ｇ2时，检流计中就有电流流过，但当调节4个桥臂电阻到适当值时，检流计中就无电流通过，这时称为“电桥平衡”。于是，Ｂ、Ｄ两点的电势相等，亦即流过电阻Ra和R的电流一样，设电流为i1 ；流过Rb和Rx的电流也一样，设为i2 。从而有如下关系式：
ABADUU 即 baRiRi21 (1)
BCDCUU xRiRi21 (2)
将式（１）除以式（２）得
xbaRRRR （3
式（３）就是电桥的平衡条件。它说明电桥平衡时，电桥
的4个桥臂成比例。因此，待测电阻Ｒx
RRRRabx
式中Rb/Ra称作比率。这样，就把待测电阻的阻值用3个
标准电阻的阻值表示出来。可见，电桥的平衡与通过电阻
半导体PN结的物理特性实验报告
姓名：陈晨 学号：12307110123 专业：物理学系 日期：2013年12月16日
一、引言
半导体PN结是电子技术中许多元件的物质基础具有广泛应用，因此半导体PN结的伏安特
性是半导体物理学的重要内容。本实验利用运算放大器组成电流-电压变换器的方法精确测
量弱电流，研究PN结的正向电流I，正向电压U，温度T之间的关系。本实验桶过处理实
验数据得到经验公式，验证了正向电流与正向电压的指数关系，正向电流与温度的指数关
系以及正向电压与温度的线性关系，并由此与计算玻尔兹曼常数k与0K时材料的禁带宽度
E，加深了对半导体PN节的理解。
二、实验原理
1、 PN结的物理特性
（1）PN结的定义：若将一块半导体晶体一侧掺杂成P型半导体，即有多余电子的半导体，
另一侧掺杂成N型半导体，即有多余空穴的半导体，则中间二者相连的接触面就称为PN结。
（2）PN结的正向伏安特性：根据半导体物理学的理论，一个理想PN结的正向电流I与正
向电压U之间存在关系 ①，其中IS为反向饱和电流，k为玻尔兹曼常数，T
为热力学温度，e为电子电量。在常温（T=300K）下和实验所取电压U的范围内，
故①可化为 ②，两边取对数可得 。
（3）当温度T不变时作lnI-U图像并对其进行线性拟合，得到线性拟合方程的斜率为e/kT，
带入已知常数e和T，便得玻尔兹曼常数k。
2、反向饱和电流Is
（1）禁带宽度E：在固体物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量
差距。对一个本征半导体而言，其导电性与禁带宽度的大小有关，只有获得足够能量的电
子才能从价带被激发，跨过禁带宽度跃迁至导带。
（2）根据半导体物理学的理论，理想PN结的反向饱和电流Is可以表示为
③，代入②得 ，其中I0为与结面积和掺杂浓度等有关的常数，γ取决于少数
载流子迁移率对温度的关系，通常取γ=3.4，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温度．E为0K
时材料的禁带宽度。两边取对数得 ，其中𝛄lnT随温度T的变
