大學物理實驗報告

1、 實 驗 報 告姓 名：湯博 班 級：F0703028學 號：5070309028實驗成績：同組姓名：無實驗日期：2008-10-12指導老師：助教29批閱日期：硅光電池特性的研究【實驗目的】了解硅光電池的工作原理及其應用。研究硅光電池的主要參數(shù)和基本特性?！緦嶒炘怼抗韫怆姵氐恼斩忍匦?硅光電池的短路電流與照度關系當光照射硅光電池時，將產(chǎn)生一個由N區(qū)流向P區(qū)的光生電流Iph，同時由于PN結二極管的特性，存在正向二極管管電流ID。此電流方向從P區(qū)到N區(qū)，與光生電流相反，因此實際獲得電流I=式中V為結電壓，I0為二極管反向飽和電流，Iph是與入射光的強度成正比的光生電流，其比例系數(shù)與負載電阻大小

2、以及硅光電池的結構和材料特性有關。n為理想系數(shù)是表示PN結特性的參數(shù)，通常在1-2之間，q為電子電荷，kB為波爾茨曼常數(shù)，T為絕對溫度。在一定照度下，光電池被短路（負載電阻為零）則V = 0 由（1硅光電池短路電流與照度特性見圖1。硅光電池的開路電壓與照度關系當硅光電池的輸出端開路時，I = 0， 由上兩式可得開路電壓V硅光電池開路電壓與照度特性見圖1。硅光電池的負載特性當硅光電池接上負載R時，硅光電池工作可以在反向偏置電壓狀態(tài)或無偏壓狀態(tài)。它的伏安特性見圖2。由圖中可見，硅光電池的伏安特性曲線由二個部分組成：反偏工作狀態(tài)，光電流與偏壓、負載電阻幾乎無關（在很大的動態(tài)范圍內(nèi)）；無偏工作狀態(tài)，光

3、電二極管的光電流隨負載電阻變化很大。由圖2可看到，在一定光照下，負載曲線在電流軸上的截距是短路電流Iph，在電壓軸上的截距即為開路電壓V實驗電路圖【實驗數(shù)據(jù)記錄、實驗結果計算】1、硅光電池的照度特性實驗(1) 開路電壓與照度的關系照度15651284860713587452382301241U(v)0.350.350.340.330.330.320.320.310.31照度2011811651289972563926U(v)0.300.300.290.290.280.270.260.250.23(2) 短路電流與照度的關系照度10866253111891377845I(A)4923117531

4、.7Origin 作圖如下：從上圖可以看出，隨著照度的增加，硅光電池的開路電壓逐漸上升并趨于平緩，而短路電流則是線性上升的，這與書中的理論圖相差不多。2、硅光電池的伏安特性實驗Alpha=0U(mV)365363361358354346335328304284271I (A)03.65.37.29.414.120.824.636.644.549.0U2512322202051741529261190-0.28I53.756.557.859.060.360.861.461.561.661.661.6U-0.52-0.93-1.15-1.37-1.65-2.06-2.24-2.48-2.73-3.

5、02I61.661.761.761.861.861.961.961.961.961.9Alpha=30U357356355352350347342337330313294I07.17.69.510.812.514.917.821.730.438.1U27824620817115012581180-0.38-0.59I43.650.454.055.455.855.956.156.256.356.456.4U-0.84-1.16-1.50-1.75-1.86-2.02-2.36-2.59-2.87-3.01I56.556.556.556.556.556.656.656.656.656.7Origi

6、n 作圖如下：從圖中可以看出，硅光電池在反偏工作區(qū)內(nèi)，電流幾乎不隨電壓的改變而改變，而在無偏區(qū)工作時，只有當RL較小時，電流比較穩(wěn)定，而當RL較大時，電流與電壓呈非線性關系?！緦嶒灲Y果中的現(xiàn)象或問題進行分析、討論】1、照度特性研究實驗中改變照度的方法有很多，比如可以通過改變光源到硅光電池的距離，但是注意這時必須要求光源必須是點光源，不能使平行光，否則不滿足距離反比。2、通過改變偏振片改變光照強度的方法，為了使照度盡量大，可以先通過透鏡將其聚光。3、照度特性研究的實驗中兩組數(shù)據(jù)都近似為線形，是因為在低照度的情況下都近似為線性。實驗所得數(shù)據(jù)V/I近似為一常數(shù)可能是由于電流表內(nèi)阻過大造成的，這時使用替代法是一個很好的選擇，可以盡可能的減少精度誤差。4、硅光電池對光比較敏感。實驗時應盡量保持外界光照條件一樣。5、硅光電池的光譜響應實驗中最大的靈敏度對應的波長范圍大概為1000nm左右，而實驗中的最大為300左右，因此只能看到特性曲線中的一段。6、誤差分析：從上面的實驗數(shù)據(jù)分析中可以看出，我的兩個實驗結果圖與書中的理論圖比較相似，但是還是有一定的誤差，我將誤差歸結于一下幾點： (1) 儀器表面灰塵的影響(2) 周圍手電筒對光照的影響(3)照度計與硅光電池反復更換而引起的誤差(4)電路中的各個原件并非都是理想的【思考題解答】1.