文档介绍：实验九硅光电池特性的研究

光电池是一种很重要的光电探测元件,它不需要外加电源而能直接把光能转换成电
,常见的有硒,锗,硅,,
因为它有一系列优点:性能稳定,光谱范围宽,频率特性好,转换效率高,能耐高温辐射
,硅光电池的光谱灵敏度与人眼的灵敏度较为接近,所以很多分析仪器和测量仪
.
【实验目的】
;
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【实验原理】

硅光电池是属于一种有 PN
PN 结上时,由光子所产生的电子与空穴将分别向 P 区和 N 区集结,使
PN .
(1)硅光电池的短路电流与照度关系
当光照射硅光电池时,将产生一个由N区流向P区的光生电流IPh,同时由于PN结二极管
的特性,存在正向二极管管电流ID,此电流方向从P区到N区,与光生电流相反,因此实际
获得电流I为
⎡⎛ qV ⎞⎤
−=−= IIIII exp⎜⎟−1 (1)
PhDPh 0 ⎢⎜⎟⎥
⎣⎢⎝ n BTk ⎠⎦⎥
式中V为结电压,I0为二极管反向饱和电流,I Ph是与入射光的强度成正比的光生电流,其比

性的参数,通常在 1-2 之间,q为电子电荷,kB为波尔茨曼常数,B
度下,当光电池被短路(负载电阻为零),V = 0,由(1)式可得到短路电流
SC = II Ph (2)
硅光电池短路电流与照度特性见图 1.
(2)硅光电池的开路电压与照度关系
当硅光电池的输出端开路时,I = 0, 由(1)与(2)式可得开路电压
Tnk ⎛ I ⎞
V = B ⎜ SC +1ln ⎟(3)
OC ⎜⎟
q ⎝ I 0 ⎠
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图 1 硅光电池的光照特性曲线
硅光电池开路电压与照度特性见图 1.

当硅光电池接上负载 R 时,
的伏安特性见图 ,硅光电池的伏安特性曲线由二个部分组成:
(1)反偏工作状态,光电流与偏压、负载电阻几乎无关(在很大的动态范围内);
(2)无偏工作状态,光电二极管的光电流随负载电阻变化很大.

图 2 硅光电池的伏安特性曲线
由图 2 可看到,在一定光照下,负载曲线在电流轴上的截距是短路电流IPh,在电压轴上的
截距即为开路电压VOC.
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图 3
4 中可看出,硅光电池的有效范围约在 450—1100 nm之间.
硅光电池的灵敏度 K 为
P()λ
K()λ= (4)
()T ()Δλλλη
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其中: 100
(1)P(λ)为硅光电池测得的光强,由硅光