光电效应与光伏效应.pdf

实验 4 半导体光伏效应实验
本实验以单晶硅太阳能电池为例，通过实验让学生了解太阳能光伏电池的
机理，学习和掌握测量短路电流的方法和技巧，以及光电转换的基本参数测量。
一、实验目的
1、初步了解太阳能电池机理
2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系
3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系
二、实验原理
在 P 型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的 p-n 结（如图 1），由于光照，
在 A 、B 电极之间出现一定的电动势。在有外电路时，只要光照不停止，就会源
源不断地输出电流，这种现象称为光伏效应。利用它制成的元器件称之为太阳能
电池。光伏效应最重大的应用是可以将阳光直接转换成电能，是当今世界众多国
家致力研究和开拓应用的课题。
从光伏效应的机理可知，太阳能电池输出的电流 I L 是光生电流 I P 和在光生
电压VP 作用下产生的 p-n 结正向电流 I F 之差，即 I L  I P  I F 。根据 p-n 结的
电流和电压关系
qVP
kT
I F = I S （ e - 1)
式中VP 是光生电压，I S 为反向饱和电流 ，
所以输出电流
qVP
kT
I L = I P – I S ( e - 1) (1)
此即光电流表达式。通常 I P >> I S ，上式
括号内的 1 可忽略。
图 1 光伏效应结构示意图
对于太阳能电池有外加偏压时，（1）式应
改为
qV
' kT
I L = I L + I = I L + I S ( e - 1) （2）
qV
kT
上式中 I S ( e - 1)，就是 p-n 结在外加偏压 V
作用下的电流。图 2 中的(a)(b)两条曲线分别表
示无光照和有光照时太阳能电池的 I-V 特性，由
此可知，太阳能电池的伏安特性曲线相当于把
p-n 结的伏安特性曲线向下平移，它在横轴与纵
轴的截距分别给出了VOC 和 I SC 。