一级实验电子硅光电池.pdfVIP

【预习】

第一次实验，所有学生都预习硅光电池特性实验

第二次实验，所有学生都预习RGB三基色配色实验

硅光电池特性研究

【实验目的】

1.了解硅光电池工作原理

2.掌握硅光电池的工作特性。

【实验原理】

硅光电池是根据光伏效应而制成的将光能转换成电能的一种器件，它的基本结构就是一个P-N

结。硅光电池P-N结的制造，一般是在P型硅片上扩散磷形成N型薄层，是N/P型电池。也可在N

型硅片上扩散硼形成P型薄层，形成P/N型电池。光电池是在N（P）型硅基底上扩散P（N）型杂

质并作为受光面，构成个P-N结后，再经过各种工艺处理，分别在基底和光敏面上制作输出电极，

涂上二氧化硅作保护膜（一方面起防潮保护作用，另一方面对入射光起抗反射作用），即成硅光电池

（图1所示）。

图1硅光电池结构

1、P-N结偏置特性

当P型和N型材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果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

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，使势垒削弱，使载

流子扩散继续形成电流，这就是PN结的单向导电性，电流方向是从P指向N。图2所示是半导

体PN结在零偏、反偏、正偏下的耗尽区。

(a)零偏(b)反偏(c)正偏

图2硅光电池PN结在零偏，反偏和正偏下的耗尽区

2、光伏效应

当硅光电池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，电池对光

子的本征吸收和非本征吸收都产生光生载流子，但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载

流子。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飘

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。基于光伏效应，硅光电池

的应用分为两类。一类是作为能源，如把光的能量转换为电能，为能电池，是利用能的

重要元件。另一类是作为光电信号转换器，可用于光探测器。

3、硅光池的基本特性

(1)伏安特性

在一定光照下，在光电池两端加一个负载就会有电流流过，当负载很大时，电流较小而电压较大；当

负载很小时，电流较大而电压较小。如图3所示，硅光电池的伏安特性曲线由二个部分组成：

1）无偏压工作状态，光电流随负载变化很大。

2）反偏压工作状态，光电流与偏压、负载几乎无关（很大的动态范围内）。

伏安特性曲线在横轴上的截距为开路电压V，在纵轴上的截距为短路电流I。

OCsc

图3硅光电池的伏安特性曲线