硅光电池特性研究.doc

. 硅光电池特性研究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、***化镓、氧化铜、氧化亚铜、硫化***、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] THKGD-1 型硅光电池特性实验仪,函数信号发生器,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。利用它可以进行以下实验内容: 1) 硅光电池输出短路时光电流与输入光信号关系。 2) 硅光电池输出开路时产生光伏电压与输入光信号关系。 3) 硅光电池的频率响应。 4) 硅光电池输出功率与负载的关系。 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 39-1 所示, 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。由于 P 区有大量空穴(浓度大) ,而 N 区的空穴极少(浓度小) ,即 P 区的空穴浓度远远高于 N 区,因此空穴要从浓度大的 P 区向浓度小的 N 区扩散,并与 N 区的电子复合,在交界面附近的空穴扩散到 N 区, 在交界面附近一侧的 P 区留下一些带负电的三价杂质离子, 形成负空间电荷区。同样,N区的自由电子也要向 P 区扩散, 并与 P 区的空穴复合, 在交界面附近一侧的 N 区留下一些带正电的五价杂质离子, 形成正空间电荷区。这些离子是不能移动的, 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,也称为耗尽层,这个空间电荷区就是 PN 结。形成空间电荷区的正负离子虽然带电, 但是它们不能移动, 不参与导电。而在这个区域. 内, 载流子极少, 所以空间电荷区的电阻率很高。此外, 这个区域内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,所以空间电荷区有时称为耗尽层。正负空间电荷在交界面两侧