半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 實(shí)驗(yàn) PN結(jié)光生伏特效應(yīng) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量硅太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)特性，及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使學(xué)生掌握pn結(jié)光伏效應(yīng)，了解影響光伏效應(yīng)的因素；增強(qiáng)學(xué)生對(duì)光伏效應(yīng)的應(yīng)用及對(duì)實(shí)際器件性能的理解，并提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)能力。二、實(shí)驗(yàn)原理光垂直于PN結(jié)結(jié)面照射時(shí)，能量大于禁帶寬度的光子因本征吸收而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。勢(shì)壘區(qū)外一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度內(nèi)的光生少子，受pn結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用被掃到對(duì)方，在n區(qū)、p區(qū)分別形成電子、空穴積累，產(chǎn)生一光生電動(dòng)勢(shì)。光生電動(dòng)勢(shì)給pn結(jié)以正向偏壓，于是pn結(jié)內(nèi)部既有由n區(qū)指向p區(qū)的光生電流IL，同時(shí)又有與IL反向的正向電流IF。在穩(wěn)定光照下，開路pn結(jié)內(nèi)，IL=I

2、F，形成一穩(wěn)定光生電壓。短路情況下，IF=0，光生電流全部流經(jīng)外電路。這種由內(nèi)建電場(chǎng)引起的光電效應(yīng)，稱為光生伏特效應(yīng)。太陽(yáng)電池就是此效應(yīng)最直接的應(yīng)用，本實(shí)驗(yàn)以太陽(yáng)電池為例對(duì)光生伏特效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。圖1 太陽(yáng)電池測(cè)試系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 測(cè)量太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)短路電流，開路電壓，以及光功率曲線；獲得最大電流、電壓、功率的光波長(zhǎng)。四、實(shí)驗(yàn)儀器與樣品 WDF反射式單色儀，光源， 722-2000型分光光度計(jì)，微電流儀，光功率計(jì)，六位半繁用表。單晶硅太陽(yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)電池芯片樣品。五、實(shí)驗(yàn)步驟 采用722-2000型分光光度計(jì)作為單色光源測(cè)試1.打開分光光度計(jì)電源開關(guān)，預(yù)熱15分鐘以上

3、。2.被測(cè)樣品與繁用表串聯(lián)。將被測(cè)樣品放入分光光度計(jì)的樣品室，關(guān)閉蓋子。打開繁用表電源。3.按分光光度計(jì)“方式”按鈕直至“吸光度”標(biāo)示燈亮；繁用表調(diào)至電流測(cè)試的“A”檔，開始測(cè)試。4.旋轉(zhuǎn)“波長(zhǎng)”旋鈕來(lái)確定光波長(zhǎng)，記錄六個(gè)以上波長(zhǎng)的短路光生電流。5.被測(cè)樣品與繁用表并聯(lián)，繁用表調(diào)至電壓測(cè)試的“mV”檔，在上面測(cè)量光生電流的波長(zhǎng)再記錄光生伏特。6.用光功率計(jì)標(biāo)定上面測(cè)試的六組波長(zhǎng)下的光能量值。六、數(shù)據(jù)處理開路電壓、短路電流、功率隨光波波長(zhǎng)的變化曲線分別如圖所示。圖1 開路電壓-波長(zhǎng)關(guān)系 圖2 短路電流-波長(zhǎng)關(guān)系 圖3 功率-波長(zhǎng)關(guān)系可以看出，開路電壓、短路電流和功率隨波長(zhǎng)變化的趨勢(shì)相同：在小于5

4、50nm的波段緩慢增加；在約550nm600nm波段迅速增加，在約600nm處取得峰值；在600nm750nm處波段基本維持不變；在大于700nm處波段出現(xiàn)波動(dòng)。其中開路電壓最大值2.79mV，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)605.2nm；短路電流最大值為1.01A，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)611.5nm；功率最大值為2.825nW，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)609.4nm。隨著光的波長(zhǎng)的增加，先增加，再起伏，再減小，都有一個(gè)峰值，但還是有一定誤差。七、討論題1.太陽(yáng)電池是三維器件，卻用一維少子連續(xù)性方程解得光電流。試問(wèn)這個(gè)一維模型的合理性如何？ 合理。光注入時(shí)，y、z兩個(gè)方向的非平衡載流子分布均勻，只沿x方向是不均勻分布的，因此只在研究x方向擴(kuò)散是有意義的。2.誤差分析改變光照后，太陽(yáng)能電池需要一定時(shí)間才能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，實(shí)驗(yàn)中由于操作過(guò)程太快，可能讀數(shù)是不是穩(wěn)態(tài)下的開路電壓（短路電流）；由于沒(méi)有在同一波長(zhǎng)下同時(shí)測(cè)開路電壓和短路電流，因此計(jì)算功率時(shí)只能將二者的擬合曲線相乘，導(dǎo)致功率曲線有誤差；八實(shí)驗(yàn)思考與總結(jié)可以考慮同時(shí)給太陽(yáng)電池串聯(lián)和并聯(lián)