光电效应与光伏效拥摩.pdf

实验4 半导体光伏效应实验 本实验以单晶硅太阳能电池为例，通过实验让学生了解太阳能光伏电池的 机理，学习和掌握测量短路电流的方法和技巧，以及光电转换的基本参数测量。 一、实验目的 1、初步了解太阳能电池机理 2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系 3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系 二、实验原理 在P 型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n 结（如图1），由于光照， 在A 、B 电极之间出现一定的电动势。在有外电路时，只要光照不停止，就会源 源不断地输出电流，这种现象称为光伏效应。利用它制成的元器件称之为太阳能 电池。光伏效应最重大的应用是可以将阳光直接转换成电能，是当今世界众多国 家致力研究和开拓应用的课题。 从光伏效应的机理可知，太阳能电池输出的电流 是光生电流 和在光生 I I L P 电压 作用下产生的p-n 结正向电流 之差，即I I I 。根据p-n 结的 V I P F L P F 电流和电压关系 qV P kT I e I F = S （ - 1) I 式中 是光生电压， 为反向饱和电流 ， V P S 所以输出电流 qV P kT I I e L =I – ( - 1) (1) P S 此即光电流表达式。通常 I ，上式 I P S 括号内的1 可忽略。 图1 光伏效应结构示意图 对于太阳能电池有外加偏压时，（1）式应 改为 qV kT I =I + =I +I (e - 1) （2） L L I L S qV kT I e 上式中 ( - 1)，就是p-n 结在外加偏压V S 作用下的电流。图2 中的(a)(b)两条曲线分别表 示无光照和有光照时太阳能电池的I-V 特性，由 此可知，太阳能电池的伏安特性曲线相当于把 p-n 结的伏安特性曲线向下平移，它在横轴与纵 轴的截距分别给出了 和I 。 V OC SC 图2 太阳能电池的伏安特性 实验表明：在 =0 情况下，当太阳能电池外接负载电阻 ，其输出电压和 V R