實(shí)驗(yàn)四光電池特性測(cè)試

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1、實(shí)驗(yàn)四光電池特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)原理：光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的，不需加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的p-n結(jié)光電器件。按用途光電池可分為兩大類，即太陽(yáng)能光電池和測(cè)量光電池。太陽(yáng)能光電池主要用作電源，對(duì)它的要求是轉(zhuǎn)換效率高、成本低。測(cè)量光電池的主要功能是作為光電探測(cè)用，即在不加偏置的情況下將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，對(duì)它的要求是線性范圍寬、靈敏度高、光譜響應(yīng)合適、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，被廣泛應(yīng)用在光度、色度、光學(xué)精密計(jì)量和測(cè)試屮。光電池核心部分是一個(gè)p-n結(jié)，一般做成面積較大的薄片拉來(lái)接收更多的人射光。根據(jù)光電池的結(jié)構(gòu)和其光生伏特效應(yīng)的工作原理，當(dāng)負(fù)載接入PN兩

2、極（電路中的E）后即得到功率輸出。在一定光照度下，硅光電池的伏安特性呈非線性。因此設(shè)計(jì)出如下伏安特性測(cè)試電路，見(jiàn)圖4-1。并且冇理想的伏安特性曲線，如圖4-2。圖4-2硅光電池伏安特性曲線圖4-3光電池的光照特性曲線當(dāng)光照射硅光電池的時(shí)候，將產(chǎn)生一個(gè)由N區(qū)流向P區(qū)的光生電流Iph;同時(shí)由于PN結(jié)二極管的特性，存在正向二極管管電流ID,此電流方向與光生電流方向相反。在一定的光照度下，當(dāng)光電池被短路時(shí)，結(jié)電壓V為0.負(fù)載電阻在20歐姆以下時(shí)，短路電流與光照有比較好的線性關(guān)系，負(fù)載電阻過(guò)大，則線性會(huì)變壞。4-3為硅光電池的光照特性曲線。開(kāi)路電壓與光照

3、度之間為對(duì)數(shù)關(guān)系，因而具有飽和性。因此，把硅光電池作為敏感元件時(shí)，應(yīng)該把它當(dāng)作電流源的形式使用，即利用短路電流與光照度成線性的特點(diǎn)，這是硅光電池的主要優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)所需器件：兩種光電池、各類光源、實(shí)驗(yàn)選配電路、電壓表（萬(wàn)用表）自備、微安表（毫安表）、激光器、照度計(jì)（用戶選配）實(shí)驗(yàn)步驟：圖7-1為光電池結(jié)構(gòu)原理及測(cè)試電路，圖中E為光電池。1.光電池短路電流測(cè)試：光電池的內(nèi)阻在不同光照時(shí)是不同的，所以在測(cè)得暗光條件下光電池的內(nèi)阻后（圖7-1左），應(yīng)選用相對(duì)小得多的負(fù)載電阻。（這樣所測(cè)得的電流近似短路電流），試用阻值為1、5、10、20、30Q或更大的負(fù)

4、載電阻接入測(cè)試電路。打開(kāi)光源，在不同的距離和角度照射光電池，記錄光電流的變化情況，可以看出，負(fù)載電阻越小（小于20歐姆），光電流與光強(qiáng)的線性關(guān)系就越好。2.光電池光電特性測(cè)試：光電池的光生電動(dòng)勢(shì)與光電流和光照度的關(guān)系為光電池的光電特性。如圖4-4所示，組裝好光通路組件，用遮光罩蓋住光電器件模板，用電壓表或41/2位萬(wàn)用表測(cè)得光電池的電勢(shì)，取走遮光罩，打開(kāi)光源燈光，改變燈光投射角度與光電池的距離，即改變光電池接收的光通量，測(cè)量光生電動(dòng)勢(shì)與光電流的變化情況，并將測(cè)試數(shù)據(jù)整理制成表格。4-4光電特性實(shí)驗(yàn)裝置原理框圖1.硅光電池的伏安特性測(cè)試按照?qǐng)D4-

5、5所示連接好實(shí)驗(yàn)線路，其屮負(fù)載電阻用選配單元屮的可調(diào)電阻（從0?調(diào)至5K?）,由實(shí)驗(yàn)者自行連接到電路中。光源用白熾燈燈，分別選用“弱光”、“中光”和“強(qiáng)光”三種照度。圖4-5伏安特性實(shí)驗(yàn)裝置原理框圖將可調(diào)光源打幵，每次在一定的照度下，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)選配單元中的可調(diào)電阻并用萬(wàn)用表確定阻值，然后測(cè)出一組硅光電池的開(kāi)路電壓UOC和取樣電阻R1兩端的電壓UR1,則光電流I=UR1/R1（R1為取樣電阻的阻值），改變負(fù)載電阻，測(cè)出盡可能多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以繪出完整的伏安特性曲線。，然后再另兩種光照度下重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。最后根椐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出硅光電池的伏安特性曲線。注意事項(xiàng)

6、：光電池串、并聯(lián)時(shí)請(qǐng)注意電壓極性，以免電壓相互抵消或短路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1.光電池短路電流測(cè)試：負(fù)載電阻R負(fù)載電阻R2.光電池光電特性測(cè)試：可以看出，它們之間的關(guān)系是非線性的，當(dāng)達(dá)到一定程度的光強(qiáng)后,開(kāi)路電壓就趨于飽和了。3.硅光電池的伏安特性測(cè)試硅光電池伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)表（照度：弱）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出硅光電池的伏安特性曲線。硅光電池的伏安特性測(cè)試結(jié)論：硅光電池作為半導(dǎo)體光電探測(cè)器的一個(gè)基本單元，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長(zhǎng)、在空間能直接利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的優(yōu)點(diǎn)，不僅成為航天工業(yè)上的重要電源，還被廣泛地利用于供電困難的場(chǎng)所和人們的日

7、常生活中。