硅光电池特性的研究Word下载.docx

1、制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。P 型半导体一边的空间电荷是负离子 ，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电

2、场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。在PN结上外加一电压 ，如果P型一边接正极 ，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导性。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

3、，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。1.3测硅光电池的伏安特性的原理硅光电

4、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 （1）式（1）中I为流过二极管的总电流,Is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。流过PN结两端的

5、电流可由式（2）确定： （2）此式表示硅光电池的伏安特性。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。1.4测硅光电池的负载特性的原理光电池作为电池使用如下图所示。在内电场作用下，入射光子由于内光电效应把处于介带中的束缚电子激发到导带，而产生光伏电压，在光电池两端加一个负载就会有电流流过，当负载很小时，电流较小而电压较大；当负载很大时，电流较

6、大而电压较小。实验时可改变负载电阻RL的值来测定硅光电池的负载特性。2实验内容2.1仪器的安装2.1.2安装场地的选择该仪器是实验用仪器。为了提高仪器的工作质量和延长仪器的使用寿命，在选择仪器安装场地时应注意以下几点：1环境温度 2052净化湿度 65%3无强振动源、无强电磁场干扰。4室内保持清洁、无腐蚀性气体。5仪器应放置在坚固的平台上。6仪器放置处不可长时间受阳光照射。7室内应具稳压电源装置对仪器供电，装有地线，保证仪器接地良好。2.2实验操作步骤2.2.1在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的I-U 特性（直流偏压从0-3.0V）（1）设计测量电路图，并连接。图1（2）利

7、用测得的正向偏压时I-U关系数据，画出I-U曲线并求出常数和的值。2.2.2在不加偏压时，用白色光照射，测量太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持为20cm.图2（2）测量电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出I-U曲线图。（3）求短路电流和开路电压。（4）求太阳能电池的最大输出功率及最大输出功率时负载电阻。（5）计算填充因子2.2.3测量太阳能电池的光电效应与电光性质在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白光源20CM水平距离光强作为标准光照强度，用光功率计测量该处的光照强度J0;改变太阳能电池到光源的距离，用光功率计测量该处的光照强度J，求光强J与位置关系。测量太阳能电池接受到相

8、对光强度J /J0不同值时，相应的和的值。（1）设计测量电路图，并连接.（2）测量太阳能电池接受到相对光强度J /J0不同值时，相应的和的值。（3）描绘和与相对光强J /J0之间的关系曲线，求和与相对光强J /J0之间的近似关系函数。（4）描绘和与相对光强J /J0之间的关系曲线，求和与相对光强J /J0之间的近似关系函数。2.3数据记录及处理 2.3.1全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性1.631.872.072.202.352.432.522.592.67（mA）0.020.030.040.050.060.070.080.092.702.752.812.852.892.942.973

9、.030.100.110.120.130.140.150.160.17计算常数和的值：=2.60V-1 Io=6.2810-6mA 相关系数r=0.99982.3.2在不加偏压时，在使用遮光罩条件下，保持白光源到太阳能电池距离20CM，测量太阳能电池的输出电流对太阳能电池的输出电压的关系。（1） 测量电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出I-U曲线图。U（V）32.731.891.351.040.840.710.630.520.460.42I（mA）2.113.744.104.154.204.234.244.254.264.27（2） 短路电流和开路电压：由图中关系可求出短路电流=4.35

10、和开路电压 3V（3）太阳能电池在光照时，测量输出功率与负载电阻的关系P（W）12345678910R（）5.867.085.634.333.542.962.232.021.85由图中关系可求出最大输出功率Pmax=7.08786Mw 最大输出功率时负载电阻R=2.06K。（4） 计算填充因子填充因子=0.43942.3.3 测量太阳能电池和与相对光强的关系。（1） 太阳能电池到光源的距离不同时的光强与U、I：10cm12 cm14 cm光强J:7950 lx4650 lx2940 lx电流I（A）电压U（V）0.660.971.420.60.590.90.891.2481.340.561.1

11、20.831.461.12.190.5181.610.732.180.9862.80.482.050.6682.643.410.4622.240.6180.83.990.432.563.440.684.090.42.783.784.130.382.990.53.890.363.220.454.020.474.170.353.490.414.054.1916 cm18 cm20 cm2040 lx1400 lx光强Jo:1145 lx1.962.481.71.361.912.362.741.151.42.611.6293.331.883.761.183.554.031.374.11.024.064.144.184.20.74.214.220.610.53