2.观测光电池的光电特性。
【仪器用具】
光电二极管，光电池，直流电源，小灯泡（6V，0.15A），
数字万用表2块（其中一块表有直流电流200μA量程），
电阻箱（电位器），实验暗箱等如下图所示。
【实验原理】
1.光伏效应 当光照射在pn结上时，由光子所产生 的电子与空穴将分别向n区和p区集结， 使pn结两端产生 电动势。这一现象
U/mV X/cm 230 21 235 22 242 23 249 24 257 25
I/μA 1.12 1.68 2.77 5.33 13
U/mV 267 280 295 319 352
表二数据关系曲线分别如下： 结论:短路电流Isc与入射
I
14 12
d em o d em o d em o d em o d em o d em o d em o d em o d em o d em o
研究光伏探测器的光电特性
班级：电科132 姓名：高加庆 学号：13461210
研究光伏探测器的光电特性
概述 仪器简介 技术指标 注意事项 目的要求 仪器用具 实验原理 实验内容 思考与讨论
一、概述
FD-PPD-A光伏探测器光电特性实验仪 光电二极管与光电池是根据光伏效应制成的pn结光电器件， 短路电流与入射光强成正比是其一个突出优点，在精确测 量光强时常用作探测器。光敏电阻是基于光电导效应原理 工作的半导体光电器件，灵敏度高，体积小，重量轻，常 用于自动化技术中的光控电路。 FD-PPD-A型光伏探测器光电特性实验仪是上海复旦天欣科 教仪器有限公司专门针对全国中学生物理竞赛的实验内容 开发的一款实验仪器。该仪器融合了“测量光敏电阻的光 电特性”与“研究光伏探测器的光电特性”两组实验内容， 且概念清晰、稳定可靠，结构设计合理、测量结果准确度 高。
d em o
d em o
d em o
d em o
350
d em o d em o d em o d em o d em o
结论：开路电压 与入射光强呈二 次函数关系，光
300
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
U (mV)
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
二次函数关系增大，电流
30
4
d em o d em o d em o d em o d em o
2
d em o d em o d em o d em o d em o
0 0 10 20
变化越明显。 光强即是光电二极管到电 源的距离X。
X/cm
P (mW)
短路电流与入射光强的关系曲线图
U
d em o
称为光伏效应，如图2所示。 利用半导体pn结光伏效应可制成光伏探测器，常用的光伏探测器
有光电池、光电二极管、光电三极管等。
光电池是根据光伏效应制成的pn结光电器件。不需要加偏压就可以 把光能转化为电能。光电池的用途，一是用作 探测器；二是作为 太阳能电池，将太阳能转化为电能。光电池的结构示意图及应用电 路如图3所示。
I/μA 0.08 0.09 0.1 0.11 0.13
U/mV X/cm 190 11 193 12 196 13 199 14 202 15
I/μA 0.14 0.16 0.19 0.22 0.26
U/mV X/cm 207 16 211 17 215 18 219 19 224 20
I/μA 0.31 0.38 0.48 0.62 0.81
-0.5
d em o d em o d em o d em o d em o
0
2
4
6
P (mW)
电压与电源功率变化的关系曲线图
P=2.50mW，只改变小灯泡和光探测器的距离X时，数据如表二所示：
X/cm 1 2 3 4 5
I/μA 0.06 0.06 0.06 0.07 0.07
U/mV X/cm 179 6 178 7 182 8 184 9 187 10
光电池的光照特性主要有伏安特性、入射光强-电流（电压）特性
和入射光功率-负载特性。 光电池的结构示意图及应用电路如图3 所示。
2. 光照下的pn结特性
光照下pn结的伏安特性曲线如
图4所示。无光照时，pn结的 伏安特性曲线和普通二极管的 一样。 有光照时，pn结吸收光能，产
生反向光电流，光照越强，光
光强近似呈二次函数关系，
距离X 越远，电流越大；
电流在X为20cm之前，在
10
d em o d em o d em o d em o d em o
8
I (uA)
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
6
d em o d em o d em o d em o d em o
变化不明显，X>20cm时呈
结论:光电二极管的电压 变化与电源功率无关。
0.5
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
U (V)
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
0.0
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
d em o
围愈宽。
4. 光电池的输出功率和负载特性
光电池作为电源使用时，其输出功率与负 载电阻RL有关。光电池工作在零偏压下， 因此其伏安曲线（图6）是在某一光照下，
取不同负载电阻RL测得的输出电压和输出
电流绘制而成。 由输出电压和电流数据，可计算得到光电池的输出功率P和负载电 阻RL，作输出功率P与负载电阻RL的关系曲线，即可得到光电池的
dem o
dem o
dem o
dem o
dem o
1.0
dem o dem o dem o dem o dem o
结论:光电二极管的电流 变化与电源功率无关。
0.5
dem o
dem o
dem o
dem o
dem o
I (uA)
dem o
dem o
dem o
dem o
dem o
0.0
dem o
dem o
3. 光电池的开路电压和短路电流
在pn结开路时，总电流为零，光电池的输出电压称为开路电压 Uoc。 将I=0代入式（1），即可得到开路电压Uoc与光照E的对数成正比。 如果将pn结短路，输出电压为零，将U=0代入式（1），即可得到
短路电流Isc与入射光照度E成正比。
从图4的伏安曲线上也可以得到Uoc和Isc，伏安曲线与电压轴的 交点为开路电压Uoc，与电流轴的交点为短路电流Isc。
二、仪器简介
FD-PPD-A型光伏探测器光电特性实验仪主要由光电二 极管、光电池、光敏电阻、直流电源、小灯泡、数字 万用表1块、电阻箱、实验暗箱组成，如下图1所示。
三、技术指标
1.直流电源 0-4V连续可调，显示分辨率0.01V； 2.电阻箱 0-99999.9可调，分辨率0.1Ω； 3.数字万用表电流测量分辨率0.01μA（20μA档）; 4.光敏电阻暗电阻大于4mΩ； 5.小灯泡额定电压6.3V，额定电流0.1A。 6.传感器移动范围约17cm
四、注意事项
1.使用数字万用表电流档前请务必检查表是否正确插在电流 测量的插座，否则易造成损坏； 2.光电池加反向偏压时，若串联电阻箱阻值过小，则反向偏 压可能无法到达4V； 3.当代工艺下生产的光敏电阻暗电阻阻值一般都非常大，可 能无法用数字万用表准确测得暗电阻的阻值大小。
【目的要求】
1.观测光电二极管的光电特性；
别。光电池按照光伏模式工作在图4的第四象限。有光照时光电池
的电流为
（ 1） （1）式中q为电子电荷量，k为玻尔兹曼常数，T为结温（单位为K），
I为总电流，U为光电池的输出电压，Is为反向饱和电流，IL为光电流。
光生电流IL与光照有关，随光照的增大而增大，呈线性关系。
光伏探测器的等效电路如下图
一个暗电流为ID的普通二极管和 一个光电流为Is的电流源的并联 RL—负载电阻；VA---外接偏置电 源
（1） 测量光电二极管的短路电流与入射光照度的关系。实验电
路图如下所示。
（2） 测量光电二极管的开路电压与入射光照度的关系。
实验电路图如下所示。
当P=3.00mW，X=24cm时，测量光电二极管的光电线性，数据如表 三所示：
R/kΩ 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15
U/V 0 0.013 0.027 0.04 0.053 0.067 0.08
电流越大。
光伏器件用作探测器时，需要加反偏压或是不加偏压。 不加偏压时，光伏器件工作在图4的第四象限，称为光伏工作模式。 加反偏压时，光伏器件工作在图4的第三象限。 无光照时，电阻很大，电流很小，有光照时，电阻变小，电流变大，
而且电流随光照变化，光照特性类似于光敏电阻，称作光电导工作
模式。但是光伏器件和光敏电阻的工作机理不同，特性也有很大差
（2） 使用数字万用表直流电压量程开路电压Uoc。改变光照
条件，观察Uoc的变化。用数字万用电表直流电流200μA量程
（200μA档内阻约为1000Ω）粗测光电流I。改变光照条件， 观察光电流I的变化。
2. 测量光电二极管处于光伏型模式的光电特性。
令光电二极管工作在零偏压下，用电阻箱作为负载电阻， 光源使用小灯泡（6.3V，0.15A）。固定小灯泡的工作电流， 使灯泡的发光强度不变。改变小灯泡和光探测器的距离， 利用照度与r^2成反比的关系，测量光电二极管的光电线性