光電池特性的測試與光電阻特性的測試

1、7實驗 光電池特性的測試與光電阻特性的測試1光電池特性光電池是一種直接將光能轉換成電能的光電器件，主要結構是一個大面積的P-N級，當光線照射到P-N級上時，就會在P-N級兩端出現電動勢（P區(qū)為正；N區(qū)為負）。產生上述物理現象的原理是：因為當N型半導體材料與P型半導體材料結合在一起時，因為熱運動，N區(qū)中的電子就向P區(qū)擴散，而P區(qū)中的空穴則向N區(qū)擴散，因而在PN結的P區(qū)邊積聚大量的電子；而N區(qū)邊匯集起大量的空穴，于是在PN結的過渡區(qū)建立一個電場，它要阻止N區(qū)中的電子和P區(qū)中的空穴向對方邊區(qū)擴散，但同時確能推動N區(qū)中的空穴（少數載流子）和P區(qū)中的電子（少數載流子）向對方運動。一旦具有一定光強的光照射

2、到PN結上時，那么在PN結中能激起大量的電子空穴對，在PN結的電場作用下，N區(qū)的空穴流向P區(qū)，使P區(qū)邊的空穴數堆積而帶上正電荷。同理在電子大量地涌入N區(qū)的情況下，使N區(qū)帶上負電荷。如此在P區(qū)于N區(qū)之間就出現了電位差，這時如果在PN結兩端裝有電極，用高內阻的電壓表測量電極的兩端，就能測到電壓；如果接上電流表，就能測到電流，如圖1所示。這就是光電池的工作原理。然光電池在不同光強與波長的光照射下又會是如何的情況呢？這就需要了解光電池的光譜特性，光照特性及頻率特性。1 光譜特性：光電池對不同的波長的光反映的靈敏度是不同的，圖2表示硅光電池與硒光電池的光譜特性曲線，由圖可知：硅光電池的光譜響應范圍是波長

3、4000Å12000Å，在波長為8000 Å時達到峰值，而硒光電池的峰值出現在5000 Å左右，波長的范圍是38007500 Å2光照特性：光電池所產生的電動勢與光照的強度有密切的關系，圖3表示硅光電池的開路電壓與短路電流和光照強度的關系，由圖可見硅光電池的開路電壓與光照是一種非線性關系，當光照強度在200勒克斯時就趨向飽和。而短路電流在很大的范圍內與光照成線型關系，因此使用光電池作為測量元件使用時，應該把它當成電流源的形式來研究，因為短路電流與光強是線性的，處理起來比較方便，而不要當成電壓源使用。需要說明的是這里說的短路電流與開路電壓與平時意

4、義上不同，它是指外負載電阻相對與內阻非常小時候的電流值，以及外負載很大時的端電壓。實驗時外負載電阻<15時，就認為是短路電流，而>5.0K時，就認為是開路電壓。經實驗證明外負載越小線性度越好。3頻率特性：因為不同顏色的光有不同的波長，因此它們的光照頻率也不同，光電池的頻率特性是指輸出電流隨調制光的頻率變化的關系，圖4分別表示硅光電池與硒光電池的頻率響應曲線，可見硅光電池有較好的頻率特性，而硒光電池則較差。目前光電池的種類很多，有硒光電池，氧化亞銅光電池， 光電池，硅光電池以及磷化鎵電池等，但從使用的情況來看，由于硅光電池有一系列的優(yōu)點，所以它最受使用者的重視，所以下面的實驗當然是使

5、用硅光電池2光電阻特性：光敏電阻又名光導管，是非常常用的光敏器件之一，它是由半導體材料制成，例如硫化鎘，硫化鉛 ，硫化鉍以及硒化鎘等，但使用較常見的是硫化鎘（cds）。光電阻的工作原理是：當電阻沒有光照時，光敏電阻的阻值（即暗電阻）很大，因此電路中的電流很小，但一旦受到某一頻段的光照時時，光敏電阻的阻值（即亮電阻）會明顯地減少，電路中的電流會迅速增加。由于半導體在光的作用下，電導率的變化只局限在光照物的表面簿層，因此制造光敏電阻的半導體材料只是慘雜在物體的表層，圖5是光敏電阻的外形與結構圖，為了提高光敏電阻的靈敏度，常常將光敏電阻的電極做成梳狀電極。由于半導體材料容易受潮，所以在光敏電阻的受光

6、窗口用透明的膠水密封起來。光敏電阻的主要技術指標是：1：暗電阻，暗電流，是指光敏電阻沒有受到光照時的阻值，及在此情況下的工作電流，按原理分析暗電阻較大，而暗電流較小。2：亮電阻，亮電流是指在光照下測得的電阻及電流，平時將亮電流與暗電流之差叫成光敏電阻的光電流。3光敏電阻的光譜特性：光敏電阻在不同波長的入射光的照圖5 射下，反映的靈敏度不一樣，圖6示出硫化鎘，硫化鉛材料制成的光敏電阻在光照下的光譜特性，由圖可見不同的材料對光的反映不一樣，而同種材料對不同的波長反映也不一樣。4：光敏電阻的光電特性：在一定電壓的作用下，光敏電阻的光電流與照射光的光通量之間的關系定義為光電特性。在實驗時通常將光通量轉

7、換成照度，所以稱光照特性，圖7是光電流與光照度的函數關系，圖中可以看出光電特性的非線性性在光照強較大時光電流呈現飽和趨向；在 在光照強較小時光電阻即暗電阻很大。正是由于光敏電阻具有非線性的光電特性，因此光敏電阻不適合做測量元件，只適合做光電導開關元件。5：光敏電阻的伏安特性：在恒定光通量照射下，光敏電阻的電壓與光電流的關系定義為光敏電阻的伏安特性。圖8是硫化鎘光敏電阻的伏安特性，可以看出光敏電阻是一個線性電阻，符合歐姆定律。然在不同的光強的照射下，直線的斜率發(fā)生變化，由此可知阻值隨光強的照射而變化。6頻率特性：需要特別說明，這里的頻率不是指入射光的頻率而是指光強的變化頻率。光敏電阻在照射光強度

8、發(fā)生變化的情況下，阻值的變化并不是一下子就變化到位，變到穩(wěn)定值需要有一時間上的延遲，也就是說光敏電阻中光電流隨光強的變化有一定的慣性，尚若入射光照射時間很短，光敏電阻中光電流還來不及變化到位，光就已經消失，這樣光的靈敏度就要降低。所以光敏電阻的靈敏度隨照射光的變化加快而下降。3實驗儀器的介紹：GD2000光電池(光電阻特性測試儀是采用單片機智能測量技術，能完成光電池開路電壓。短路電流以及負裁特性曲線的測量，現以GD2000光電池特性測試儀介紹它的使用方法，儀器外形結構與面板見圖（），主要部件有樣品座與標準探頭，圖（），（）分別是它們的外型它們的操作之主要是以下幾步：1測量光強的標定：將標準頭按

9、圖（）所示裝上儀器，設定所需要的光強，步驟可以按以下程序進行： 光強選擇參數增加/光標上移或者參數減少/光標下移-光強選定重復上敘過程，可以設定好所需要的測試光強值。2實驗數據的測量：取下標準頭，換上待測的光電池或者光電阻的樣品座，操作可按以下步驟進行： 光強選擇參數增加/光標上移或者參數減少/光標下移（展示以上設置好的各點光強） 光強選擇（選擇以上設置好的各點光強） 測量（顯示所測物理量）再 測量，（則數據被保存。）如果在測量中要改變負裁電阻的大小，可以調節(jié)負裁電阻的大小。 細操作可參閱儀器的使用說明。3 實驗內容1光敏電阻阻值與光強變化的曲線測量2光電池特性測量：A光電池負裁特性測量，測量不同阻值下光電池輸出V-I的關系。B測量不同的光強下，光強特性特性。