硅光电池特性2

1、1 掌握掌握PNPN结形成原理及其工作机理结形成原理及其工作机理 掌握硅光电池工作原理及其工作特性掌握硅光电池工作原理及其工作特性 掌握发光二极管的工作原理掌握发光二极管的工作原理实验原理一、一、PNPN结的形成及单向导电性结的形成及单向导电性 零偏反偏正偏半导体PN结在零偏反偏正偏下的耗尽区PN结具有单向导电性。在PN结上加正向电压时，PN结电阻很低，正向电流较大，PN结处于正向导通状态；加反向电压时，PN结电阻很高，反向电流很小，PN结处于截至状态。 硅光电池是一个大面积的光电二极管，它可把入射到它表面的光能转化为电能。当有光照时，入射光子将把处于介带中的束缚电子激发到导带，激发出的电子空

2、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。光电池结构示意图 （1） PN结两端的电流： 光电池处于零偏时，V0，流过PN结的电流IIp ；光电池处于反偏时（实验中取V 5V），流过PN结的电流I Ip-Is ，当光电池用作光电转换器时，必须处于零偏或反偏状态。 PKTevsIeII) 1(/（2）光电流IP与输出光功率Pi之间的关系： R 为响应率，R 值随入射光波长的不同而变化，对不同材料制作的光电池R值分别在短波长和长波长处存在一截止波长。PiIRP-5VI/V变 换 器数 显 器示 波 器IV硅 光 电 池零 偏反 偏光电池光电信号接收框图

3、 当某些半导体材料形成的PN结加正向电压时，空穴与电子在PN结复合时将产生特定波长的光，发光的波长与半导体材料的能级间隙E有关： h c / E 发光二极管输出光功率P与驱动电流I的关系： P = Ep I/ e 本实验用一个驱动电流可调的红色超高亮度发光二极管作为实验用光源。 硅光电池特性实验框图-5VI/V变 换 器数 显 器示 波 器IV硅 光 电 池零 偏反 偏光电池光电信号接收框图 一、 硅光电池零偏和反偏时光电流与输入光信号关系特性测定 将硅光电池输出端连接到I / V转换模块输入端，将I / V转换模块输出端连接到数字电压表头的输入端，调节发光二极管静态驱动电流，分别测定光电池在

4、零偏和反偏时光电流与输入光信号关系。按照下表记录数据。比较零偏和反偏时的两条曲线，求出光电池的饱和电流Is 。12345678910111213141516171819mA零零偏偏3683133183234286337389440490541591640689737786832877924反反偏偏3784134185237289242294445497548598648698746795843888935Is11123355577789991111116.1零偏反偏IIIs二.1、 硅光电池池输出拉接恒定负载时产出的光伏电压与输入光信号关系测定 将功能转换开关打到“负载”处，将硅光电池输出端连

5、接恒定负载电阻和数字电压表，调节发光二极管静态驱动电流，测定光电池输出电压随输入光强度的关系曲线。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、 硅光电池伏安特性测定 输入光强度不变时（驱动电流分别取1mA, 4mA, 8mA, 12mA 和16mA），测定当负载在 0.5k9.5k的范围内变化时，光电池的输出电压随负载电阻变化关系曲线。0123456789100.000.050.100.150.200.2

9、50.300.35 Voltage(V)Resistance(10K ) 1mA 4mA 8mA 12mA 16mA 四、硅光电池频率响应的测定 将功能转换开关打到“零偏”处，将硅光电池的输出连接到I/V转换模块的输入端。令LED偏置电流为10mA（显示为1000），在信号输入端加正弦调制信号，使LED发送调制的光信号，保持输入正弦信号的幅度不变，调节信号发生器频率，用示波器观测并测定记录发送光信号的频率变化时，光电池输出信号幅度的变化。将测量结果记录在如下的数据表格中（其中最大频率的输出信号幅度要降到1kHz时的一半）。通过作图研究光电池的幅频特性：通过外推法求出零频的输出信号幅度，并测定其截止频率(输出信号幅度为零频的0.707倍)。151015202530354045505560kHz零偏零偏36.835.834.633.031.329.