硅光电池特性研究实验电路图

硅光电池特性研究

【实验目的】

1． 掌握PN结形成原理及其工作原理；

2． 了解LED发光二极管的驱动电流和输出功率的关系； 3． 掌握硅光电池的工作原理及其工作特性。

【实验原理】

1． 半导体PN结原理

目前半导体光电探测器在数码摄像、光通信、太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理、光电效应理论和光伏电池产生机理。

零偏

P 空 间 电 荷 区N P型半导体空间电荷区N型半导体－－IR－－－－－－－－－－－－++++++++++++－－－－－－－－－++++++++++++－内电场E内电场EEWREWR

反偏正偏

图17-1.半导体PN结在零偏、反偏、正偏下的耗尽区

图17-1是半导体PN结在零偏、反偏、正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的内电场将组织扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区，耗

硅光电池特性及应用研究

一、 实验目的

1. 了解和研究硅光电池的主要参数和基本特性。

2. 测量太阳能电池板的负载特性及短路电流ISC、开路电压UOC并计算最大输出功率pm和填充因子FF。

二、 实验仪器

硅光电池，太阳能电池板，光学导轨及支座附件，光源，电源，光功率计，聚光透镜，5个滤光片，多量程毫安表及伏特表，电阻箱，开关，一对偏振器等。实验装置如图1所示。

遮光罩光源20cm 图1

太阳能电池盒三、 实验原理

太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法，一是利用热能产生蒸汽驱动发电机发电，二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。本实验通过对太阳能电池的电学性质和光学性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。

硅光电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U与通过电流I的关系式为：

I?Io(e?U?1)， (1)

(1)式中，Io和?是常数。

由半导体理论，二极管主要是由能隙为EC－EV的半导体

硅光电池特性及应用研究

一、 实验目的

1. 了解和研究硅光电池的主要参数和基本特性。

2. 测量太阳能电池板的负载特性及短路电流ISC、开路电压UOC并计算最大输出功率pm和填充因子FF。

二、 实验仪器

硅光电池，太阳能电池板，光学导轨及支座附件，光源，电源，光功率计，聚光透镜，5个滤光片，多量程毫安表及伏特表，电阻箱，开关，一对偏振器等。实验装置如图1所示。

遮光罩光源20cm 图1

太阳能电池盒三、 实验原理

太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法，一是利用热能产生蒸汽驱动发电机发电，二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。本实验通过对太阳能电池的电学性质和光学性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。

硅光电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U与通过电流I的关系式为：

I?Io(e?U?1)， (1)

(1)式中，Io和?是常数。

由半导体理论，二极管主要是由能隙为EC－EV的半导体

实验五十二 硅光电池特性的研究

实验五十二 硅光电池特性的研究

一、实验目的

1．掌握PN结形成原理及其工作机理；

2．了解LED发光二极管的驱动电流和输出光功率的关系；

3．掌握硅光电池的工作原理及其工作特性。

二、仪器设备

1．TKGD―1型硅光电池特性实验仪； 反偏 正偏 零偏 2．信号发生器； 3．双踪示波器。 图 1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区

三、实验原理

1．引言

目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。

图1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两图 2. 发送光的设定、驱动和调制电路框图 侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个

势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载

第一章 硅光电池综合实验仪说明

一、内容简介

光电池是一种不需外加偏置电压，就能将光能直接转换成电能的PN结光电器件。按光电池的用途可分为两大类：太阳能光电池和测量光电池。太阳能光电池主要用做电源，对它的要求是效率高、成本低。由于它具有结构简单、体积小、质量轻、可靠性高、寿命长、能直接利用太阳能转换成电能的特点，因而它不仅成为航天工业上的重要电源，还被广泛地应用于供电困难的场所和人们的日常生活中。测量光电池的主要功能是作光电检测用，即可在不加偏置电压的情况下将光信号转换成电信号，对它的要求是线性范围宽、灵敏度高、光谱响应合适、稳定性好和寿命长，因而它被广泛应用在光度、色度、光学精密计量和测试中。

GCSIDC-B型硅光电池综合实验仪从了解和熟悉硅光电池的角度出发，讨论关于硅光电池的主要技术问题，主要研究硅光电池的基本特性，如短路电流、光电特性、光谱特性、伏安特性、及时间响应特性等等，以及硅光电池的简单应用。

本实验仪电路PCB板与光通路组件各占一部分置于箱体内，这样不仅可以让学生对整个实验系统的光通路一目了然，增强学生对系统的理解，而且外观美观大方，携带存放方便。在电路PCB板部分，模块化设计，配有独立的电压表、电流表和独立照度计，各表头显

成都理工大学工程技术学院毕业论文

采用硅光电池实现光照度计

电路设计和分析

作者姓名：# # #

专业名称：应 用 物 理指导教师：# # # 讲师

学

采用硅光电池实现光照度计电路设计和分析

摘要

本文通过理论分析与数值比对来确定光照强弱与光电池输出光电信号的关系，并且通过这种关系设计了相应的光电检测电路，更直观展现光伏技术在实际生活中的应用。

随着光伏技术的日渐成熟以及应用的扩展，对光照的研究也日新月异。所以对如何更加准确的测定光照参数也提出了更高的要求。针对不同的要求，如何快速设计出对应的光电探测器，又有了新的课题。本文在此背景下，进行了光照度计电路的设计与分析。

本论文共分四部分：第一部分为光电池特性介绍及实验特性参数，第二部分为电路方案设计和电路实现，第三部分为利用Protel 99SE进行电路设计，第四部分为电路实物制作与调试。

关键词 ：光电池 转换电路 光电效应 伏安特性

-I-

采用硅光电池实现光照度计电路设计和分析

Abstract

A comparsion between analysis theory and numerical ratio, which can determine

电路识别是初中物理电学的重点之一，电路识别相关的包括二部分：电路图简化以及电路图、实物图互化。 一、标号法简化电路图。

先看口诀，就两部分，很简单：标号和画图 1、 标号：电路每个节点编号，标号遵循以下原则 (1) 从正极开始标1

(2) 纯导线连通的节点等同一个节点，标同样的数字（若同一节点出现不同标号，取大标号）

(3) 沿着导线过一个用电器（注：不包括电表），数字+1 (4) 到遇到电源负极为止

(5) 要求所有点的标号要大于等于1，小于等于负极的标号 2、画图

(1) 在平面上画出节点号

(2) 根据原图中各用电器或电表两端的节点标号，将该用电器或电表画在相应的两节点号之间。 （在简化图中放入电流表时要注意其是跟哪个用电器串联） (3) 整理，美化 3、注意事项

(1) 当用电器两端标号不等时，电流从小标号点到大标号点，因为小标号更接近正极 (2) 当用电器或电压表两端标号相等时，相当于一根导线接在用电器两端，因此用电器或电压表短路没有电流

原本常用的方法先摘掉表，再把有导线连接的部分看成一个点，我管这种方法叫捏包子。 而标点法的标点阶段就是在捏包子前先标记下哪些点是应该捏

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1

如何看懂电路图

一、电路图介绍..............................................................................................................................2 二、电源电路单元........................................................................................................................10 三、放大电路...............................................................................................................................16 四、振荡和调制电路...............................................

电源电路单元

一、电源电路的功能和组成

每 个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是 用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。

电 子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把 220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高， 所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。

二、整流电路

整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。 （ 1 ）半波整流

半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电

（ 2 ）全波整流

全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图 2 （ b ）

电源电路单元

一、电源电路的功能和组成

每 个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是 用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。

电 子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把 220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高， 所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。

二、整流电路

整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。 （ 1 ）半波整流

半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电

（ 2 ）全波整流

全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图 2 （ b ）