KJ硅光電池特性的研究

1、12TKGD1型硅光電池特性實(shí)驗(yàn)儀型硅光電池特性實(shí)驗(yàn)儀一、實(shí)驗(yàn)儀器一、實(shí)驗(yàn)儀器3TKGD1型硅光電池特性實(shí)驗(yàn)儀41.PN1.PN結(jié)的形成及工作原理結(jié)的形成及工作原理 當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體材料結(jié)合時(shí)，P 型（ N型）材料中的空穴（電子）向N 型（ P 型）材料這邊擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果使得結(jié)合區(qū)形成一個(gè)勢壘，由此而產(chǎn)生的內(nèi)電場將阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時(shí)，在PN結(jié)兩側(cè)形成一個(gè)耗盡區(qū)。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理5 零偏零偏 負(fù)偏負(fù)偏 正偏正偏當(dāng)PN結(jié)反偏時(shí)，外加電場與內(nèi)電場方向一致，耗盡區(qū)在外電場作用下變寬，使勢壘加強(qiáng)；當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)，外加電場與內(nèi)電場方向相反，耗盡區(qū)在外加電場作用下變窄，勢壘

2、削弱。62.2.硅光電池的工作原理硅光電池的工作原理 硅光電池是一個(gè)大面積的光電二極管，它可把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)有光照時(shí)，入射光子將把處于價(jià)帶中的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶，激發(fā)出的電子空穴對在內(nèi)電場作用下分別漂移到N型區(qū)和P型區(qū)，當(dāng)在PN結(jié)兩端加負(fù)載時(shí)就有一光生電流流過負(fù)載。光電光電池結(jié)池結(jié)構(gòu)示構(gòu)示意圖意圖7（1 1） PNPN結(jié)兩端的電流：結(jié)兩端的電流： 光電池處于零偏時(shí)，V0，流過PN結(jié)的電流IIP ；光電池處于反偏時(shí)（實(shí)驗(yàn)中取V 5V），流過PN結(jié)的電流I IP- Is ，當(dāng)光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。 PKTevsIeII) 1(/8（2 2）光電流）光電流

3、I IP P與輸出光功率與輸出光功率PiPi之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： R 為響應(yīng)率，R 值隨入射光波長的不同而變化，對不同材料制作的光電池R值分別在短波長和長波長處存在一截止波長。 PiIRP9L/klx 5432100.10.20.30.40.5246810開路電壓開路電壓Uoc /V0.10.20.30.4 0.50.30.1Isc/mA(a) 硅光電池硅光電池（1）光照特性）光照特性開路電壓曲線：光生電動(dòng)勢與照度之間的特性曲線開路電壓曲線：光生電動(dòng)勢與照度之間的特性曲線短路電流曲線：光電流與照度之間的特性曲線短路電流曲線：光電流與照度之間的特性曲線光電池的基本特性光電池的基本特性短路電流

4、短路電流10負(fù)載電阻RL越小，光電流與強(qiáng)度的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬。50 02468100.10.20.30.40.5I/mAL/klx 10010005000RL=0光電池在不同負(fù)載電阻時(shí)的光照特性光電池在不同負(fù)載電阻時(shí)的光照特性不同負(fù)載電阻的光照特性不同負(fù)載電阻的光照特性11（2 2）頻率特性）頻率特性光電池作為測量、計(jì)數(shù)、接收元件時(shí)常用調(diào)制光輸入光電池的頻率響應(yīng)就是指輸出電流隨調(diào)制光頻率變化的關(guān)系。由于光電池PN結(jié)面積較大，極間電容大，故頻率特性較差。12204060801000I I / %1234512f / kHz1硒光電池2硅光電池硅光電池具有較高的頻率響應(yīng)硒光電池則較差硅

5、、硒光電池的頻率響應(yīng)曲線133.3.發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LEDLED）的工作原理）的工作原理 當(dāng)某些半導(dǎo)體材料形成的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，空穴與電子在PN結(jié)復(fù)合時(shí)將產(chǎn)生特定波長的光，發(fā)光的波長與半導(dǎo)體材料的能級(jí)間隙E有關(guān)： h c / E 發(fā)光二極管輸出光功率P與驅(qū)動(dòng)電流I的關(guān)系： P = Ep I/ e 本實(shí)驗(yàn)用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)的紅色超高亮度發(fā)光二極管作為實(shí)驗(yàn)用光源。 14三、知識(shí)擴(kuò)展三、知識(shí)擴(kuò)展1.硅光電池種類： 按照制作材料的不同，硅光電池可以分成單晶硅光電池和多晶硅光電池。15（1）單晶硅光電池v單晶硅光電池面積有限，目前比較大的為 10至 20cm的圓片。v國際公認(rèn)最高效率為24，

6、空間用高質(zhì)量的效率約為13.518，地面用多在1118之間。16（2）非晶硅光電池vSi（非晶硅）光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成。由于外解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1m厚的薄膜，易于大面積化（05 ml.0 m），成本較低，多采用pin結(jié)構(gòu)。v小面積轉(zhuǎn)換效率提高到 14.6，大面積大量生產(chǎn)的為810，疊層結(jié)構(gòu)的最高效率為21。v改善薄膜特性，精確設(shè)計(jì)光電池結(jié)構(gòu)和控制各層厚度，改善各層之間界面狀態(tài)，以求得高效率和高穩(wěn)定性。172.硅光電池的應(yīng)用（1）作為能源使用：v由于太陽能發(fā)電具有火電、水電、核電所無法比擬的清潔性、安全性、資源的廣泛性和充

7、足性等優(yōu)點(diǎn)，太陽能被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的能源。太陽能是可再生能源，它資源豐富，可免費(fèi)使用，無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染，為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會(huì)及人類進(jìn)入一個(gè)節(jié)約能源減少污染的時(shí)代?，F(xiàn)在人們對太陽能的利用已日益廣泛，它包括太陽能的光熱利用，太陽能的光電利用和太陽能的光化學(xué)利用等。 18v目前國內(nèi)生產(chǎn)太陽能電池的企業(yè)主要有保定英利新能源、無錫尚德、開封太陽能電池廠、云南半導(dǎo)體器件廠、秦皇島華美光伏電子、浙江中意太陽能、寧波太陽能電源、京瓷（天津）太陽能等 。19（2）作為光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器使用v硅光電池作為信號(hào)轉(zhuǎn)換器使用, 與其它光電器件相比, 有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。如與光電管相比, 它體積小, 重量輕, 不怕強(qiáng)光, 不需外加電源；與光敏電阻、硒光電池相比, 它不易老化, 參數(shù)穩(wěn)定, 光電積分靈敏度高,與光電二極管及三極管相