光電池光電特性測試

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1、了解光電池的工作原理和基本使用方法；
2、掌握光電池的伏安特性及其測試方法。
 
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、光電池開路電壓特性測試；
2、光電池短路電流特性測試。
 
三、實(shí)驗(yàn)儀器
1、光電探測原理實(shí)驗(yàn)箱                                                  1 臺
2、連接導(dǎo)線                                                            若干
 
四、實(shí)驗(yàn)原理
1、結(jié)構(gòu)原理
光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池在有光線作用時(shí)實(shí)質(zhì)就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。 ?

光電池的工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”。它實(shí)質(zhì)上是一個大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個面，例如P型面時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴， 電子-空穴對從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散， 在結(jié)電場的作用下，最后建立一個與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動勢。 圖4.1為硅光電池原理圖。其中（a) 結(jié)構(gòu)示意圖； (b) 等效電路。
                    圖 4.1  硅光電池原理圖
2、光電池基本特性
(1) 光譜特性 光電池對不同波長的光的靈敏度是不同的，如圖4.2。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
圖 4.2  硅光電池的光譜特性
 
(2) 光照特性  光電池在不同光照度下， 其光電流和光生電動勢是不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性，如圖4.3。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
圖 4.3 硅光電池的光照電流電壓特性
 
五、注意事項(xiàng)
1、當(dāng)電壓表和電流表顯示為“1＿”是說明超過量程，應(yīng)更換為合適量程；
2、連線之前保證電源關(guān)閉。

六、實(shí)驗(yàn)步驟
1、開路電壓特性測試
實(shí)驗(yàn)裝置原理框圖如圖4.4所示。
 
 
 
圖  4.4
（1）將“光電池電壓輸出＋”端與電壓表“＋”端相連，“光電池電壓輸出－”端與電壓表“－”端相連。電壓表檔位調(diào)至2V檔，“光照度調(diào)節(jié)”旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)至最小值位置。
（2）打開電源開關(guān) 。順時(shí)針調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”旋鈕，逐漸增大光照度，記下不同光照度下的開路電壓值，填入表4.1。

光照度（Lx）	0	10	30	50	100	200	300
光生電壓（mV）

表  4.1
（3）關(guān)閉電源開關(guān)，照度值調(diào)至最小，拆除所有連線。
（4）作出光照度—開路電壓特性曲線。
2、短路電流特性測試
實(shí)驗(yàn)裝置原理框圖如圖4.5所示。
 
                                圖  4.5
（1）將“光電池電壓輸出＋”端與電流表“＋”端相連，“光電池電壓輸出－”端與電流表“－”端相連。電流表檔位調(diào)至20μA檔，“光照度調(diào)節(jié)”旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)至最小值位置。
（2）打開電源開關(guān)。順時(shí)針調(diào)節(jié)“光照度調(diào)節(jié)”旋鈕，逐漸增大光照度，記下不同光照度下的短路電流值，填入表4.2。

光照度（Lx）	0	10	30	50	100	200	300
光生電流（μA）

表  4.2
（3）關(guān)閉電源開關(guān)，照度值調(diào)至最小，拆除所有連線。
（4）作出光照度—短路電流特性曲線。
 
七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試記錄，在坐標(biāo)紙上畫出光照度—開路電壓特性曲線和光照度—短路電流特性曲線圖，并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
2、寫出完成本次實(shí)驗(yàn)后的心得體會以及對本次實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見。
 
八、思考題
比較光照度-開路電壓和光照度-短路電流曲線的異同，并對兩條曲線進(jìn)行分析。