測試實(shí)驗7硅光電池

PAGEPAGE4北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程及應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院測試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗報告姓名：學(xué)號：同組成員：成績：2015.12實(shí)驗七硅光電池特性測試實(shí)驗實(shí)驗?zāi)康纳钊肓私夤饷舳O管的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用了解NI數(shù)據(jù)采集卡的基本應(yīng)用了解利用虛擬儀器進(jìn)行信號處理的方法實(shí)驗儀器光電傳感器實(shí)驗?zāi)K、恒流源、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯單元、NI數(shù)據(jù)采集卡等。實(shí)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，它的核心部分是一個PN結(jié)。為了便于接受光照，PN結(jié)面積較大，電極面積較小，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管主要利用光電效應(yīng)，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)光照射半導(dǎo)體材料表面是，會被這些材料內(nèi)的電子吸收，如果光子的能量足夠大，吸收光子后的電子會掙脫原子的束縛而溢出材料表面，這種電子叫光電子，這種現(xiàn)象稱為光電子發(fā)射或外光電效應(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候，就會產(chǎn)生載流電子（及電子-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)形成光電流。當(dāng)入射光強(qiáng)變化時，光生載子流的濃度及通過外回路的光電流也隨之變化，這種變化一般保持線性關(guān)系。當(dāng)沒有光照時，光電二極管相當(dāng)于普通二極管。伏安特性為式中I為總電流，Is為反向飽和電流，e為電子電荷，k為玻爾茲曼常量，T為工作絕對溫度，V為二極管兩端電壓。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)，反向飽和電流為常數(shù)。當(dāng)有光照時候，流過PN結(jié)兩端的電流：式中I為總電流，Is為反向飽和電流，e為電子電荷，k為玻爾茲曼常量，T為工作絕對溫度，V為PN結(jié)兩端電壓，Ip為反向光電流。從式中可以看出，當(dāng)光電二極管處于零偏時，V=0，I=Ip，當(dāng)光電二極管負(fù)偏時（取-4V），I=Ip-Is。因此，光電二極管用作光電轉(zhuǎn)換器時，須處于零偏或負(fù)偏。光電二極管把接受的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之正比的電流信號，在經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換模塊把電流變?yōu)槌烧鹊碾妷盒盘?。?shí)驗內(nèi)容與步驟1、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(shí)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(shí)驗臺電源，將±15V電源接入傳感器應(yīng)用實(shí)驗?zāi)K。將光電二極管“+”極接地或者-4V。3、0～20mA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(qiáng)度。4、打開LabVIEW程序“硅光電池特性測試實(shí)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(fù)偏）。5、運(yùn)行“硅光電池特性測試實(shí)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(qiáng)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。五、實(shí)驗數(shù)據(jù)及處理、分析思考題：1.零偏與負(fù)偏區(qū)別。硅光電池原理上其實(shí)是一個二極管。在檢測光照或光強(qiáng)的時候，這個二極管在電路中是反接的，處于截止?fàn)顟B(tài)的，有光照的時候，會產(chǎn)生電流，在沒有光照時候，近乎可以認(rèn)為是沒有電流的。因此，在零偏的時候，理論上，該電池是在工作的，但實(shí)際你沒有辦法檢測電流（負(fù)載是無限大的），實(shí)際工作時候，需要在負(fù)偏狀態(tài)下進(jìn)行的。2、說明光敏二極管和普通二極管在結(jié)構(gòu)，原理和使用方法上的差別。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)上類似，但光敏二極管管芯是一個具有光敏特性的PN結(jié)。原理：無光照時，為普通二極管。有光照時，飽和反向漏電流增加，形成交電流，隨著入射光強(qiáng)而增加。光敏二極管具有“光電導(dǎo)”特性，即