實驗七 硅光電池特性測試實驗

1、.實驗七 硅光電池特性測試實驗一、實驗?zāi)康模?.深入理解光敏二極管的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用。2.了解NI數(shù)據(jù)數(shù)采卡的基本使用3.了解利用虛擬儀器進行信號處理的方法二、實驗儀器：光電傳感器實驗?zāi)K、恒流源、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯單元、NI數(shù)據(jù)采集卡、計算機等三、實驗原理： 光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的, 它的核心部分也是一個PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管主要是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)，即當(dāng)物質(zhì)在一定頻率的照射下，釋放出光電子的現(xiàn)象。當(dāng)

2、光照射半導(dǎo)體材料的表面時，會被這些材料內(nèi)的電子所吸收，如果光子的能量足夠大，吸收光子后的電子可掙脫原子的束縛而溢出材料表面，這種電子稱為光電子，這種現(xiàn)象稱為光電子發(fā)射，又稱為外光電效應(yīng)。當(dāng)外加偏置電壓與結(jié)內(nèi)電場方向一致，PN結(jié)及其附近被光照射時，就會產(chǎn)生載流子（即電子-空穴對）。結(jié)區(qū)內(nèi)的電子-空穴對在勢壘區(qū)電場的作用下，電子被拉向N區(qū)，空穴被拉向P區(qū)而形成光電流。當(dāng)入射光強度變化時，光生載流子的濃度及通過外回路的光電流也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。這種變化在入射光強度很大的動態(tài)范圍內(nèi)仍能保持線性關(guān)系。圖7-1 光敏二極管原理結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)沒有光照射時，光電二極管相當(dāng)于普通的二極管。其伏安特性是式中I為流過

3、二極管的總電流,Is為反向飽和電流，e為電子電荷，k為玻耳茲曼常量，T為工作絕對溫度，V為加在二極管兩端的電壓。對于外加正向電壓，I隨V指數(shù)增長，稱為正向電流；當(dāng)外加電壓反向時，在反向擊穿電壓之內(nèi)，反向飽和電流基本上是個常數(shù)。當(dāng)有光照時，流過PN結(jié)兩端的電流可由下確定：式中I為流過光電二極管的總電流,Is為反向飽和電流，V為PN結(jié)兩端電壓，T為工作絕對溫度，Ip為產(chǎn)生的反向光電流。從式中可以看到，當(dāng)光電二極管處于零偏時，V=0，流過PN結(jié)的電流I=Ip；當(dāng)光電二極管處于負偏時（在本實驗中取V=-4V），流過PN結(jié)的電流I=Ip-Is。因此，當(dāng)光電二極管用作光電轉(zhuǎn)換器時，必須處于零偏或負偏狀態(tài)。

4、圖7-2 光電二極管光電信號接收框圖圖7-2是光電二極管光電信號接收端的工作原理框圖，光電二極管把接收到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成正比的電流信號，再經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換模塊把光電流信號轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓信號。四、實驗內(nèi)容與步驟：1、如圖7-3所示,光敏二極管置于光電傳感器模塊上的暗盒內(nèi)，其兩個引腳引到面板上。通過實驗導(dǎo)線將光電二極管接到光電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的VD兩端、光電流/電壓轉(zhuǎn)換輸出接數(shù)據(jù)采集卡AI0通道。2、打開實驗臺電源，將±15V電源接入傳感器應(yīng)用實驗?zāi)K。將光電二極管“+”極接地或者-4V。圖7-3 試驗接線圖3、020mA恒流源接LED兩端，調(diào)節(jié)LED驅(qū)動電流改變暗盒內(nèi)的光照強度。4、打開LabVIEW程序“硅光電池特性測試實驗”，在步長中輸入每次采樣輸入電流的變化量（一般設(shè)為1mA），選擇測量模式（零偏/負偏）。5、運行“硅光電池特性測試實驗”按照設(shè)定的步長調(diào)節(jié)恒流源的輸出，改變LED的光照強度，按下“采樣”采集對應(yīng)的電壓值，經(jīng)過十次采樣后得到得到電壓-電流曲線，如圖7-4所示；圖7-4a 硅光電池特性測試系統(tǒng)的前臺界面圖7-4b 硅光電池特性測試系統(tǒng)的前臺界面圖7-5 硅光電池特性測試檢測系統(tǒng)的程序圖五、實驗報告：1、根據(jù)計算機采集處理得到的關(guān)系圖比較光敏二極管在零偏和負偏狀態(tài)下輸出的不同之處，思考產(chǎn)生差別的原因。并通過查閱資料了解光敏