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《實驗七、八__硅光電池實驗》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、實驗七光電池的光電特性及伏安特性一、實驗?zāi)康?、了解硅光電池的光照特性，即短路電流及開路電壓與光照的關(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載變化的關(guān)系。二、實驗原理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（五價）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，Θ代表得到一個電子的三價雜質(zhì)（例如硼）離子，帶負電；
2、代表失去一個電子的五價雜質(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)的空穴濃度遠遠高于N區(qū)，因此空穴要從濃度大的P區(qū)向濃度小的N區(qū)擴散，并與N區(qū)的電子復(fù)合，在交界面附近的空穴擴散到N區(qū)，在交界面附近一側(cè)的P區(qū)留下一些帶負電的三價雜質(zhì)離子，形成負空間電荷區(qū)。同樣，N區(qū)的自由電子也要向P區(qū)擴散，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雜質(zhì)離子，形成正空間電荷區(qū)。這些離子是不能移動的，因而在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，這個空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。形成空
3、間電荷區(qū)的正負離子雖然帶電，但是它們不能移動，不參與導(dǎo)電。而在這個區(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，這個區(qū)域內(nèi)多數(shù)載流子已擴散到對方并復(fù)合掉了，或者說消耗盡了，所以空間電荷區(qū)有時稱為耗盡層。正負空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個電場，成為內(nèi)電場，其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負電的P區(qū)，如圖1所示。由P區(qū)向N區(qū)擴散的空穴在空間電荷區(qū)將受到內(nèi)電場的阻力，而由N區(qū)向P區(qū)擴散的自由電子也將受到內(nèi)電場的阻力，即內(nèi)電場對多數(shù)載流子（P區(qū)的空穴和N區(qū)的自由電子）的擴散運動起阻擋作用，所以空間電荷區(qū)又稱為阻擋層?？臻g電荷區(qū)的內(nèi)電場對多數(shù)載流子的擴散運動起阻擋
4、作用，這是一個方面。但另一方面，內(nèi)電場對少數(shù)載流子（P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴）則可推動它們越過空間電荷區(qū)，進入對方區(qū)域。少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則的運動稱為漂移運動。擴散和漂移是相互聯(lián)系的，又是相互矛盾的。在開始形成空間電荷區(qū)時，多數(shù)載流子的擴散運動占優(yōu)勢，但在擴散運動進行過程中，空間電荷區(qū)逐漸加寬，內(nèi)電場逐步加強。于是在一定條件下（例如溫度一定），多數(shù)載流子的擴散運動逐漸減弱，而少數(shù)載流子的漂移運動則逐漸增強。最后，載流子的擴散運動和漂移運動達到動態(tài)平衡，P區(qū)的空穴（多數(shù)載流子）向右擴散的數(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；對自由電
5、子也是這樣。達到平衡后，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來，PN結(jié)就處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。上面討論的是PN結(jié)在沒有外加電壓的情況，這時半導(dǎo)體中的擴散和漂移處于動態(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)，負極接N區(qū)，也稱為正向偏置。此時外加電壓在PN結(jié)中產(chǎn)生的外電場和內(nèi)電場方向相反，擴散和漂移運動的平衡被破壞。外電場驅(qū)使P區(qū)的空穴進入空間電荷區(qū)抵消一部分負空間電荷，同時N區(qū)的自由電子進入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷。于是整個空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場被削弱，多數(shù)載流子的擴散運動增強，形成較大的擴散電流（正向電流），P
6、N結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)導(dǎo)通時呈現(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)，外電場愈強，正向電流（由P區(qū)流向N區(qū)的電流）愈大，這時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，但由于它們的運動方向相反，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)，負極接P區(qū)，也稱為反向偏置。此時外加電壓在PN結(jié)中產(chǎn)生的外電場和內(nèi)電場方向一致，也破壞了擴散和漂移運動的平衡。外電場驅(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，空
7、間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場增強，使多數(shù)載流子的擴散運動很難進行。但另一方面，內(nèi)電場的增強也加強了少數(shù)載流子的漂移運動，在外電場的作用下，N區(qū)中的空穴越過PN結(jié)進入P區(qū)，P區(qū)中的自由電子越過PN結(jié)進入N區(qū)，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，可以認為PN結(jié)基本上不導(dǎo)電，處于截至狀態(tài)。此時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。又因為少數(shù)載流子是由于價電子獲得熱能（熱激發(fā)）掙脫共價鍵的束縛而產(chǎn)生的，所以溫度變化時少數(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
8、愈多，所以溫度對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娦浴Ｔ赑N
