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光电池特性的研究 光电池是一种把光能转换为电能的光电器件，制造光电池的材料有硅、硒、锗、氧化亚铜、 硫化镉、砷化镓等多种。光电池在光电技术、自动控制、计量检测、光能利用等很多领域都得到 广泛应用。 学习导航 光电特性 研究对象 物理知识 光电转换 光电池 物理现象 负载特性 实验原理 光电池的种类很多，但基本原理相同，下面重点介绍硅光电池。 硅光电池的制作是在方形或圆形的薄硅片上，通过某些微量杂质的扩散而形成 P-N 结，再从 P 、N 两区接出正、负极引线，就形成光电池。当光照射到光电池上，在内部结电场作用下，由 光子产生的电子和空穴分别向 P 区和 N 区移动，使 P-N 结两端产生光生电动势，若光电池两端 连接电阻，则将产生光电流。 硅光电池的主要特性有： 1．光谱响应特性 光谱响应的定义是：检测器输出电讯号的大小和某个波长入射光功率之比。如把不同波长的 光谱响应按波长排列，并画成曲线，这就是光谱响应曲线。通常是把光谱响应的最大值取为 1， 其它值作归一化处理，这样化成的曲线也叫相对灵敏度分布曲线。多数光电器件是有选择性的探 测器，对不同波长的光有不同的响应，硅光电池的光谱响应范围是 400～1100nm，峰值波长为 780nm，硒光电池的峰值波长是 590nm，更接近于人眼的灵敏度峰值。在使用各种光电器件时必 须注意它的光谱响应特性。 2 ．负载特性 在一定的光强下，测量硅光电池的输出情况：当硅光电池两端开路时，测得输出的电压为开 路电压 U ；当输出端短路时通过的电流，称短路电流I ；当输出端接一负载电阻R 时，则有对 oc sc L 应的端电压、负载电流和输出功率。只有当 RL 为某一定值时，输出功率最大，这就是最佳匹配 电阻，此时能量转换效率最高。在一些应用中，必须考虑最佳匹配电阻的选取。 3 ．光电特性 当负载开路时，光电池的开路电压 U 与光强的对数成正比；当负载短路时，短路电流I 和 oc sc 光强成正比，所以为了获得好的线性响应，负载电阻应该取得小。 4 ．温度特性 光电池的开路电压和短路电流随温度变化而变化。短路电流 Isc 随温度升高略有增大，开路电 压 U 随温度升高而下降。在实际应用光电器件时，必须注意温度变化带来的影响。 oc 1 实验仪器 GD2000 光电池特性测量仪，采用单片计算机智能测量技术完成对光电池的开路电压、短路 电流以及负载特性曲线的测量。其工作原理如图 1。 图1 测量原理图 通过改变恒流源电流使发光二极管输出光强到所需值（通过标准测量头测量），改变负载电 阻阻值，测出不同阻值下，负载电阻上的电流电压，即光电池的负载特性。调负载电阻到极小值 （约11 Ω），测量不同光强下，负载电流值，可以得到短路电流随光强变化曲线。断开图中开关， 即可测量不同光强下光电池开路电压。 仪器前后面板如图 2 、图 3 。前面板上负载电阻调节旋钮，顺时针方向旋转电阻值增大。 图2 前面板 图3 后面板 光电池测量仪由主机、标准探头、样品座（内装测量对象：硅光电池），组成。测量分为两 步，第一步：用固定镙圈把标准探头安装到标准光源上，连接好电缆。对标准