硅光電池特性2

1、1 掌握掌握PNPN結(jié)形成原理及其工作機理結(jié)形成原理及其工作機理 掌握硅光電池工作原理及其工作特性掌握硅光電池工作原理及其工作特性 掌握發(fā)光二極管的工作原理掌握發(fā)光二極管的工作原理實驗原理一、一、PNPN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及單向?qū)щ娦?零偏反偏正偏半導體PN結(jié)在零偏反偏正偏下的耗盡區(qū)PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。在PN結(jié)上加正向電壓時，PN結(jié)電阻很低，正向電流較大，PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)；加反向電壓時，PN結(jié)電阻很高，反向電流很小，PN結(jié)處于截至狀態(tài)。 硅光電池是一個大面積的光電二極管，它可把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當有光照時，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導帶，激發(fā)出的電子空

2、穴對在內(nèi)電場作用下分別漂移到N型區(qū)和P型區(qū)，當在PN結(jié)兩端加負載時就有一光生電流流過負載。光電池結(jié)構(gòu)示意圖 （1） PN結(jié)兩端的電流： 光電池處于零偏時，V0，流過PN結(jié)的電流IIp ；光電池處于反偏時（實驗中取V 5V），流過PN結(jié)的電流I Ip-Is ，當光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。 PKTevsIeII) 1(/（2）光電流IP與輸出光功率Pi之間的關(guān)系： R 為響應率，R 值隨入射光波長的不同而變化，對不同材料制作的光電池R值分別在短波長和長波長處存在一截止波長。PiIRP-5VI/V變 換 器數(shù) 顯 器示 波 器IV硅 光 電 池零 偏反 偏光電池光電信號接收框圖

3、 當某些半導體材料形成的PN結(jié)加正向電壓時，空穴與電子在PN結(jié)復合時將產(chǎn)生特定波長的光，發(fā)光的波長與半導體材料的能級間隙E有關(guān)： h c / E 發(fā)光二極管輸出光功率P與驅(qū)動電流I的關(guān)系： P = Ep I/ e 本實驗用一個驅(qū)動電流可調(diào)的紅色超高亮度發(fā)光二極管作為實驗用光源。 硅光電池特性實驗框圖-5VI/V變 換 器數(shù) 顯 器示 波 器IV硅 光 電 池零 偏反 偏光電池光電信號接收框圖 一、 硅光電池零偏和反偏時光電流與輸入光信號關(guān)系特性測定 將硅光電池輸出端連接到I / V轉(zhuǎn)換模塊輸入端，將I / V轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接到數(shù)字電壓表頭的輸入端，調(diào)節(jié)發(fā)光二極管靜態(tài)驅(qū)動電流，分別測定光電池在

4、零偏和反偏時光電流與輸入光信號關(guān)系。按照下表記錄數(shù)據(jù)。比較零偏和反偏時的兩條曲線，求出光電池的飽和電流Is 。12345678910111213141516171819mA零零偏偏3683133183234286337389440490541591640689737786832877924反反偏偏3784134185237289242294445497548598648698746795843888935Is11123355577789991111116.1零偏反偏IIIs二.1、 硅光電池池輸出拉接恒定負載時產(chǎn)出的光伏電壓與輸入光信號關(guān)系測定 將功能轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“負載”處，將硅光電池輸出端連

5、接恒定負載電阻和數(shù)字電壓表，調(diào)節(jié)發(fā)光二極管靜態(tài)驅(qū)動電流，測定光電池輸出電壓隨輸入光強度的關(guān)系曲線。12345678910111213141516171819mA1000690157025003450441053806350732082809241019111212051296138714751564165217352001460328052007180916111413141508170819032088226824322575270028052892296630253002060471075010331318160618862147237425582696280128852951300330

6、51309231273159500342078412451707213024542662279828962971303130793122315831903218324432683290700478109417222256257327562873295730233076312131603193322332493274329633173335900612139821232537274128692957302530803125316431983228325632793303332333413359k024681012141618200.000.050.100.150.200.250.300.35 V

7、oltage(V)Static Driving Current(mA) 10K 20K 30K 50K 70K 90K0.511.522.533.544.555.566.577.588.599.510k1367110714118121425328432235739442646249852957061164367940178035553307108881064124014151586176019222076221223352430251025712627266883777501126149718672205249026812805288529462986302330463071308531043

8、11231301257211411705224126532882330330813128316731943216323132463258326932773286329116759150622402767301531273199324032753297331733293344335133623368337733803386mA二.2、 硅光電池伏安特性測定 輸入光強度不變時（驅(qū)動電流分別取1mA, 4mA, 8mA, 12mA 和16mA），測定當負載在 0.5k9.5k的范圍內(nèi)變化時，光電池的輸出電壓隨負載電阻變化關(guān)系曲線。0123456789100.000.050.100.150.200.2

9、50.300.35 Voltage(V)Resistance(10K ) 1mA 4mA 8mA 12mA 16mA 四、硅光電池頻率響應的測定 將功能轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“零偏”處，將硅光電池的輸出連接到I/V轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。令LED偏置電流為10mA（顯示為1000），在信號輸入端加正弦調(diào)制信號，使LED發(fā)送調(diào)制的光信號，保持輸入正弦信號的幅度不變，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器頻率，用示波器觀測并測定記錄發(fā)送光信號的頻率變化時，光電池輸出信號幅度的變化。將測量結(jié)果記錄在如下的數(shù)據(jù)表格中（其中最大頻率的輸出信號幅度要降到1kHz時的一半）。通過作圖研究光電池的幅頻特性：通過外推法求出零頻的輸出信號幅度，并測定其截止頻率(輸出信號幅度為零頻的0.707倍)。151015202530354045505560kHz零偏零偏36.835.834.633.031.329.