光电池光电特性测试

一、实验目的
1、了解光电池的工作原理和基本使用方法；
2、掌握光电池的伏安特性及其测试方法。
 
二、实验内容
1、光电池开路电压特性测试；
2、光电池短路电流特性测试。
 
三、实验仪器
1、光电探测原理实验箱                                                  1 台
2、连接导线                                                            若干
 
四、实验原理
1、结构原理
光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光线作用时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。 ?

光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴， 电子-空穴对从表面向内迅速扩散， 在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 图4.1为硅光电池原理图。其中（a) 结构示意图； (b) 等效电路。
                    图 4.1  硅光电池原理图
2、光电池基本特性
(1) 光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的，如图4.2。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图 4.2  硅光电池的光谱特性
 
(2) 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，它们之间的关系就是光照特性，如图4.3。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图 4.3 硅光电池的光照电流电压特性
 
五、注意事项
1、当电压表和电流表显示为“1＿”是说明超过量程，应更换为合适量程；
2、连线之前保证电源关闭。

六、实验步骤
1、开路电压特性测试
实验装置原理框图如图4.4所示。
 
 
 
图  4.4
（1）将“光电池电压输出＋”端与电压表“＋”端相连，“光电池电压输出－”端与电压表“－”端相连。电压表档位调至2V档，“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。
（2）打开电源开关 。顺时针调节“光照度调节”旋钮，逐渐增大光照度，记下不同光照度下的开路电压值，填入表4.1。

光照度（Lx）	0	10	30	50	100	200	300
光生电压（mV）

表  4.1
（3）关闭电源开关，照度值调至最小，拆除所有连线。
（4）作出光照度—开路电压特性曲线。
2、短路电流特性测试
实验装置原理框图如图4.5所示。
 
                                图  4.5
（1）将“光电池电压输出＋”端与电流表“＋”端相连，“光电池电压输出－”端与电流表“－”端相连。电流表档位调至20μA档，“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。
（2）打开电源开关。顺时针调节“光照度调节”旋钮，逐渐增大光照度，记下不同光照度下的短路电流值，填入表4.2。

光照度（Lx）	0	10	30	50	100	200	300
光生电流（μA）

表  4.2
（3）关闭电源开关，照度值调至最小，拆除所有连线。
（4）作出光照度—短路电流特性曲线。
 
七、实验报告要求
1、根据实验测试记录，在坐标纸上画出光照度—开路电压特性曲线和光照度—短路电流特性曲线图，并分析实验现象。
2、写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进意见。
 
八、思考题
比较光照度-开路电压和光照度-短路电流曲线的异同，并对两条曲线进行分析。