文档介绍：硅光电池特性实验 ( 共三个实
验)-(1)
第一章硅光电池综合实验仪说明
一、内容简介
光电池是一种不需外加偏置电压，就能将光能直接转换成电能的 PN结光电器件。按光电池的用途：简易光照度计设计实验
三、实验仪器
1、硅光电池综合实验仪
1
个
2、光通路组件
1
只
3、光照度计
1
台
- 6 -
4、2#迭插头对（红色， 50cm）
10
根
5、2#迭插头对（黑色， 50cm）
10
根
6、三相电源线
1
根
7、实验指导书
1
本
8、20M 示波器
1
台
四、实验原理
1、硅光电池的基本结构
目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体 PN 结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。
零偏反偏正偏
图 2-1. 半导体 PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区
7 -
图 2-1 是半导体 PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当 P 型和 N 型半导体材料结合时，由于 P 型材料空穴多电子少，
而 N 型材料电子多空穴少，因此 P 型材料中的空穴向 N 型材料这边扩散， N 型材料中的电子向 P 型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两
侧的 P 型区出现负电荷， N 型区带正电荷，形成
一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动
的继续进行，当两者达到平衡时，在 PN结两侧形
成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载流子，
呈现高阻抗。当 PN结反偏时，外加电场与内电场
方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒
加强；当 PN结正偏时，外加电场与内电场方向相
反，耗尽区在外电场作用下变窄，势垒削弱，使
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载流子扩散运动继续形成电流，此即为 PN结的单向导电性 , 电流方向是从 P 指向 N。
2、硅光电池的工作原理
硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设
计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。
光电池的基本结构如图 2-2 ，当半导体 PN结处于
零偏或反偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内
电场，当有光照时，入射光子将把处于价带中的
束缚电子激发到导带，激发出的电子空穴对在内
电场作用下分别漂移到 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
结两端的电流可由式 1确定
图 2-2.
光电池结构示意图
eV
I = I s (ekT - 1)+ I p
（1）
式（ 1）中 I s为反向饱和电流， V为PN结两端电压， T为绝对温度， I p为产生的光电流。从式中
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可以看到，当光电池处于零偏时， V=0，流过 PN 结的电流 I=I p；当光电池处于反偏时（在本实验
中取 V=-5V），流过 PN结的电流 I =I p- I s，因此，当光电池用作光电转换器时，光电池必须处于零偏或反偏状态。光电池处于零偏或反偏状态时，产生的光电流 I p与输入光功率 Pi 有以下关系：
I p = RPi
(2)
3、硅光电池的基本特性
短路电流
SiO2膜
硼扩散层 P型电极

I
I
A
N型硅片 PN结
电极

A
(a) (b)
图 2-3 硅光电池短路电流测试
如图 2-3 所示，不同的光照的作用下，毫安表如显示不同的电流值。即为硅光电池的短路电流特性。