1、学习掌握硅光电池的工作原理 2 3、掌握硅光电池基本特性测试方法 4 二、实验内容1、硅光电池短路电路测试实验 2 3、硅光电池光电特性测试实验 4 5、硅光电池负载特性测试实验 67、硅光电池光谱特性测试实验 三、实验仪器、学习掌握硅光电池的基本特性1、硅光电池综合实验仪1个 2、光通路组件1 只3、光照度计1台4、 2#迭插头对（红色， 50cm)10根 四、实验原理1、硅光电池的基本结构零偏 反偏、硅光电池伏安特性测试实验 、硅光电池时间响应测试实验 5、 2#迭插头对（黑色， 50cm)10 根6、 三相电源线 1 根7、 实验指导书 1 本8、20M 示波器 1 台正偏实验系列四、硅光电池特性测试实验光通路组件功能说明： 分光镜： 50%透过 50%反射镜，将平行光一半给照度计探头，一半给等测光器件，实验测试 方便简单，照度计可实时检测出等测器件所接收的光照度。
一、实验目的光调制控制输入端图 2 硅光电池光通路组件图 2-1. 半导体 PN 结在零偏﹑反偏﹑正偏下、硅光电池开路电压测试实验2、硅光电池的工作原理 硅光电池是一个大面积的光电二极管， 它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能， 因此，可用作光电探测器和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。
当半导体 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，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。
流过 PN 结两端的 电流可由式 1 确定eVI I s (e kT1) I p式( 1)中 Is 为饱和电流， V 为 PN 结两端电压，从式中可以看到，当光电池处于零偏时， V=0，流过 时(在本实验中取 V=-5V)，流过 PN 结的电流 I=Ip-Is 光电池必须处于零偏或反偏状态。
光电池处于零偏或反偏状态时，产生的光电流 光功率 Pi 有以下关系：I p RP i电压表如显示不( b同)的电压值。
即为硅光电池的开路电压特性。
(4) 伏安特性 在硅光电池输入光强度不变时， 测量当负载一定的范围内变化时， 光电池的输出电压及 电流随负载电阻变化关系曲线称为硅光电池的伏安特性。
(5) 负载特性 ( 输出特性 )在内电场作用下， 入射光子由于内光电效应把处于介带中的束缚电子激发到导带， 而产 生光伏电压， 在光电池两端加一个负载就会有电流流过， 当负载很小时， 电流较小而电压较 大；当负载很大时，电流较大而电压较小。
实验时可改变负载电阻 RL 的值来测定硅光电池 的负载特性。
(5) 光谱特性 一般光电池的光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件下， 光电池所产生短路电 流与入射光波长之间的关系。
一般用相对响应表示，实验中硅光电池的响应范围为 400~1100nm ，峰值波长为 800~900nm ，由于实验仪器所提供的波长范围为 400~650nm ，因此， 实验所测出的光谱响应曲线呈上升趋势 五、实验步骤 1、硅光电池短路电流特性测试(1)T 为绝对温度， Ip PN 结的电流I=Ip ； ，因此，当光电池用作光电转换器时， 为产生的光电流。
当光电池处Ip 与输入(2)3、硅光电池的基本特性 (1) (2)短路电流 不同的光照的作用下， 开路电压 毫安表如显示不同的电流值。
即为硅光电池的短路电流特性。
(3) 不同的光照的作用下， 光照特性 光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的，硼扩散层N 型硅片实验装置原理框图如图 2-11 所示。
图 2-11 硅光电池短路电流特性测试（1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连 （红为正极，黑为负极） ，将光源调制单元 J4 与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。
（2）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照 度计的读数应为 0。
（3）“光源驱动单元” 的三掷开关 BM2拨到“静态”，将拨位开关 S1 拨上，S2，S3，S4，S5， S6， S7均拨下。
（4）按图 2-11 所示的电路连接电路图（5）打开电源顺时针调节照度调节旋钮，使照度值依次为下表中 的光照度值，分别读出电流表读数，填入下表，关闭电源。
光照度（Lx ）0 100 200 300 400 500 600 光生电流（uA ）0.1 10.6 21.9 33.4 43.9 54.4 67.46）上表中所测得的电流值即为硅光电池相应光照度下的短路电流。
7）实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。
2、硅光电池开路电压特性测试 实验装置原理框图如图 2-12 所示。
图 2-12 硅光电池开路电压特性测试 1）~（5）同上 光照度 （Lx ） 010203040 50100 200300 400 500600光生电压（mA ）78.1188.3227247262 272303 336352364 3733816）将“光照度调节”旋钮逆时针调节到最小值位置后关闭电源。
7）上表中所测得的电压值即为硅光电池相应光照度下的开路电压。
8）实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。
3、硅光电池光照特性（1）根据实验 1 和 2 所调试的实验数据，作出如图 2-5 所示的硅光电池的光照电流电压特（2）改变不同光照度的取值，重复实验 1 和实验 2，并作出相应硅光电池的光照电流电压 特性曲线。
光照度（Lx ） 155237240 488 628 751 光生电流 （uA ） 16.6 26.337.754.570.684.8光照度 （Lx ） 1625 37 45 62 153 245 274 498 616 光生电压（mA ）2232442622722853243443613733824、硅光电池伏安特性 （1）~（3）同上光生电流（ uA ）光生电压（ mA ）性 曲 线200 400 600 800（4）电压表档位调节至 2V 档，电流表档位调至 200uA 档，将“光照度调节”旋钮逆时针调 节至最小值位置。
（5）按图 2-13 所示的电路连接电路图， R 取值为 200 欧，打开电源顺时针调节照度调节旋 钮，增大光照度值至 500lx 。
记录下此时的电压表和电流表的读数填入下表；（6）关闭电源，将 R 分别换为下表中的电阻值，重复上述步骤，分别记录电流表和电压表 的读数，填入下表。
电阻0.2K 2K5.1K 7.5K 10K 15K 20K 25K 51K 200K 电流 0.1 0.4 0.9 1.2 1. 2.3 3.0 3.76.9 14.5 电压 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1（7100 lx ：电阻 0.2K 2K5.1K 7.5K 10K 15K 20K 25K 51K 200K 电流 13.1 33.1 68.5 91.7 116 163201228 274 297 电压 11 1110.9 10.10.6 10.2 9.68.85.21.5300 lx电阻 0.2K 2K 5.1K 7.5K 10K 15K 20K 25K 51K 200K 电流 40.8 103 201 256 285 313 325 331 343 351 电压 34.2 33.9 31.9 30.2 26.2 19.6 15.5 12.7 6.5 1.78电流 电压9）实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。
5. 硅光电池负载特性测试实验 （1）~（4）同上 （5）R 取值为 2K 欧。
（6）打开电源，顺时针调节“光照度调节”旋钮，逐渐增大光照度至 0Lx ，100Lx ，200Lx ， 300Lx ，400Lx ， 500Lx ， 600lx 分别记录电流表和电压表读数，填入下表光照度（ lx ） 0 100 200 300 400 500 600 电流（ μ A） 0.110.6 22.1 32.9 44.7 55.4 67.5 电压（ mV ）326798134168204（7）关闭电源，将 R 分别换为 510， 1K ， 5.1K ， 10K 重复上述步骤，分别记录电流表和 电压表的读数，填入下表。
R=510欧光照度（ lx ） 0 100 200 300 400 500 600 电流（ μ A） 0.110.8 22.5 33.2 44.7 56.3 66.7 电压（ mV ） 0.2163350678399R=1K光照度（ lx ）0 100 200 300 400 500 600 电流（ μ A） 0．110.8 22.1 33.6 44.9 54.6 64.3 电压（ mV ） 0.321.5436588108127R=5.1K光照度（ lx ） 0 100 200 300 400 500 600 电流（ μ A） 0.110.9 22 31.9 39．8 45.7 49.7 电压（ mV ）168.5139 201 257 288 316R=10K光照度（ lx ） 0 100 200 300 400 500 600 电流（ μ A） 0.110.5 20.5 25.6 28.9 30.6 31.5 电压（ mV ）1.7114223281315334344（7）根据上述实验所测试的数据，在同一坐标轴上描绘出硅光电池的负载特性曲线 并进行分析。
电流 电压电流1（μA）电压1（mV ）电流2（μA）电压2（mV ）电流3（μA）电压3（mV ）电流4（μA）电压4（mV ）电流5（μA）电压5（mV ）6、硅光电池光谱特性测试（1）组装好光通路组件。
（2）“光源驱动单元” 的三掷开关 BM2拨到“静态特性” ，将拨位开关 S1，S2，S4，S3，S5， S6， S7均拨下。
（3）将直流电源 2 正负极直接与电压表相连，打开电源，调节电源电位器至电压表为 10V，关闭电源。
（4）按如图 2-12 连接电路图 .（5）打开电源，缓慢调节光照度调节电位器到最大，依次将S2，S3，S4，S5，S6，S7 拨上后拨下，记下照度计读数最小时照度计的读数 E 作为参考。
（注意：请不要同时将两个拨位开关拨上）（6）S2 拨上，缓慢调节电位器直到照度计显示为E，将电压表测试所得的数据填入下表，再将 S2 拨下；（7）重复操作步骤（ 6），分别测试出橙，黄，绿，蓝，紫在光照度 E 下电压表的读数，填入下表。
波长（ nm）红（ 630）橙（ 605）黄(585) 绿（ 520）蓝（ 460）紫（ 400）基准响应度0.65 0.61 0.56 0.42 0.25 0.06 电压（ mV）0.36 0.35 0.29 0.35 0.36 0.29 响应度0.23 0.21 0.16 0.15 0.09 0.02响应度8）根据所测试得到的数据，做出硅光电池的光谱特性曲线。