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《實(shí)驗(yàn)七、八__硅光電池實(shí)驗(yàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、實(shí)驗(yàn)七光電池的光電特性及伏安特性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解硅光電池的光照特性，即短路電流及開(kāi)路電壓與光照的關(guān)系。2、了解光電池在照度一定得情況下，它的輸出電流與電壓隨負(fù)載變化的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦圆捎梅葱凸に囋谝粔KN型（P型）半導(dǎo)體的局部摻入濃度較大的三價(jià)（五價(jià)）雜質(zhì)，使其變?yōu)镻型（N型）半導(dǎo)體。如果采用特殊工藝措施，使一塊硅片的一邊為P型半導(dǎo)體，另一邊為N型半導(dǎo)體則在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面附近形成PN結(jié)。PN結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，許多半導(dǎo)體器件都含有PN結(jié)。如圖1所示，
2、Θ代表得到一個(gè)電子的三價(jià)雜質(zhì)（例如硼）離子，帶負(fù)電；代表失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)（例如磷）離子，帶正電。由于P區(qū)有大量空穴（濃度大），而N區(qū)的空穴極少（濃度?。?，即P區(qū)的空穴濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于N區(qū)，因此空穴要從濃度大的P區(qū)向濃度小的N區(qū)擴(kuò)散，并與N區(qū)的電子復(fù)合，在交界面附近的空穴擴(kuò)散到N區(qū)，在交界面附近一側(cè)的P區(qū)留下一些帶負(fù)電的三價(jià)雜質(zhì)離子，形成負(fù)空間電荷區(qū)。同樣，N區(qū)的自由電子也要向P區(qū)擴(kuò)散，并與P區(qū)的空穴復(fù)合，在交界面附近一側(cè)的N區(qū)留下一些帶正電的五價(jià)雜質(zhì)離子，形成正空間電荷區(qū)。這些離子是不能移動(dòng)的，因而在
3、P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界面兩側(cè)形成一層很薄的空間電荷區(qū)，也稱為耗盡層，這個(gè)空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。形成空間電荷區(qū)的正負(fù)離子雖然帶電，但是它們不能移動(dòng)，不參與導(dǎo)電。而在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，載流子極少，所以空間電荷區(qū)的電阻率很高。此外，這個(gè)區(qū)域內(nèi)多數(shù)載流子已擴(kuò)散到對(duì)方并復(fù)合掉了，或者說(shuō)消耗盡了，所以空間電荷區(qū)有時(shí)稱為耗盡層。正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)電場(chǎng)，成為內(nèi)電場(chǎng)，其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)，如圖1所示。由P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散的空穴在空間電荷區(qū)將受到內(nèi)電場(chǎng)的阻力，而由N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散的自由電子也將受到內(nèi)電
4、場(chǎng)的阻力，即內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子（P區(qū)的空穴和N區(qū)的自由電子）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，所以空間電荷區(qū)又稱為阻擋層?？臻g電荷區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，這是一個(gè)方面。但另一方面，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)少數(shù)載流子（P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴）則可推動(dòng)它們?cè)竭^(guò)空間電荷區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域。少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散和漂移是相互聯(lián)系的，又是相互矛盾的。在開(kāi)始形成空間電荷區(qū)時(shí)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，但在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行過(guò)程中，空間電荷區(qū)逐漸加寬，內(nèi)電場(chǎng)逐步加強(qiáng)。于是在一定條件下（例如溫度一
5、定），多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)。最后，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，P區(qū)的空穴（多數(shù)載流子）向右擴(kuò)散的數(shù)量與N區(qū)的空穴（少數(shù)載流子）向左漂移的數(shù)量相等；對(duì)自由電子也是這樣。達(dá)到平衡后，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來(lái)，PN結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。上面討論的是PN結(jié)在沒(méi)有外加電壓的情況，這時(shí)半導(dǎo)體中的擴(kuò)散和漂移處于動(dòng)態(tài)平衡。下面討論在PN結(jié)上加外部電壓的情況。若在PN結(jié)上加正向電壓，即外電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，也稱為正向偏置。此時(shí)外加電壓在PN結(jié)中產(chǎn)生的
6、外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向相反，擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)的平衡被破壞。外電場(chǎng)驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷，同時(shí)N區(qū)的自由電子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷。于是整個(gè)空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流（正向電流），PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)呈現(xiàn)的電阻稱為正向電阻，其數(shù)值很小，一般為幾歐到幾百歐。在一定范圍內(nèi)，外電場(chǎng)愈強(qiáng)，正向電流（由P區(qū)流向N區(qū)的電流）愈大，這時(shí)PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低。正向電流包括空穴電流和電子電流兩部分?？昭ê碗娮与m然帶有不同極性的電荷，
7、但由于它們的運(yùn)動(dòng)方向相反，所以電流方向一致。外電源不斷的向半導(dǎo)體提供電荷，使電流得以維持。若在PN結(jié)上加反向電壓，即外電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，也稱為反向偏置。此時(shí)外加電壓在PN結(jié)中產(chǎn)生的外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向一致，也破壞了擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)的平衡。外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走，使得空間電荷增強(qiáng)，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，使多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)很難進(jìn)行。但另一方面，內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)也加強(qiáng)了少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，在外電場(chǎng)的作用下，N區(qū)中的空穴越過(guò)PN結(jié)進(jìn)入P區(qū)，P區(qū)中的自由電子越過(guò)PN結(jié)進(jìn)入N區(qū)
8、，在電路中形成反向電流（由N區(qū)流向P區(qū)的電流）。由于少數(shù)載流子數(shù)量很少，因此反向電流不大，即PN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很高，可以認(rèn)為PN結(jié)基本上不導(dǎo)電，處于截至狀態(tài)。此時(shí)的電阻稱為反向電阻，其數(shù)值很大，一般為幾千歐到十幾兆歐。又因?yàn)樯贁?shù)載流子是由于價(jià)電子獲得熱能（熱激發(fā)）掙脫共價(jià)鍵的束縛而產(chǎn)生的，所以溫度變化時(shí)少數(shù)載流子的數(shù)量也隨之變化。環(huán)境溫度愈高，少數(shù)載流子的數(shù)量愈多，所以溫度對(duì)反向電流的影響較大。由以上分析可知，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。在PN
