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硅光电池特性的研究
硅光电池又称光生伏特电池，简称光电池。它是一种将太阳或其他光源的光能直接转换成电能的器件。由于它具有重量轻、使用安全、无污染等特点,在目前世界性能源短缺和环境保护形势日益严峻的情况下，人们对光电池寄予厚望。硅光电池很可能成为未来电力的重要来源，同时，硅光电池在现代检测和控制技术中也有十分重要的地位，在卫星和宇宙飞船上都用硅光电池作为电源。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。
本实验将对硅光电池的基本特性做初步研究，有利于了解使用日益广泛的各种光电器件.
一、实验目的
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．THKＧＤ—１ 型硅光电池特性实验仪；
；
。
三、实验原理
1、PN结的形成及单向导电性
由于Ｐ型材料空穴多电子少,而Ｎ型材料电子多空穴少，当P型和N型半导体材料结合时，Ｐ型材料中的空穴向N型材料边扩散，Ｎ　型材料中的电子向 P 型材料边扩散，扩散后在材料结合处两侧的P型区留下负电荷,N型区留下正电荷,形成内在势垒E内(如图一（a））。这些带电荷的离子是不能移动的，因而在P型半导体和N型半导体交界面两侧形成一层很薄的空间电荷区，也成为耗尽层（该区域内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了），这个空间电荷区就是PＮ结。PＮ结的内在势垒，方向从带正电的Ｎ区指向带负电的Ｐ区，
将阻止扩散运动的继续进行,P区中的少数载流子电子(N区中的空穴）将在内电场作用下向Ｎ区(P区）漂移运动，当多数载流子的扩散和少数载流子的漂移达到平衡时,空间电荷区的宽度基本稳定下来，PN结处于相对稳定的状态.
若在PＮ结上加反向电压(外电源的正极接Ｎ区，负极接Ｐ区），也称反向偏置。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.
　零偏 　 　　　　　 　 　　 负偏 　　 　 　 　 正偏
图 1 是半导体 ＰN 结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区
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Egλp可由下式确定：
　 　 　　 （1）
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Eｇ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：
Ｐ　＝ ηＥpI ／　e 　 　 　（２）
式（2)中,η为发光效率,Ep是光子能量,ｅ是电荷常数．
输出光功率与驱动电流呈线性关系，当电流较大时由于ＰN结不能及时散热，输出