漏电,暗电流,方向饱和电流-周公庆
探测器暗电流综述报告
暗电流形成及其稳定性分析综述报告目录光电探测器基本原理 (2)1.1 PIN光探测器的工作原理 (2)1.2雪崩光电二极管工作原理 (3)暗电流的形成及其影响因素 (4)2.1暗电流掺杂浓度的影响 (4)2.1.2复合电流特性 (5)2.1.3表面复合电流特性 (5)2.1.4欧姆电流特性 (5)2.1.5隧道电流特性 (6)2.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (8)2.3腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (10)2.4温度特性对暗电流影响 (11)暗电流稳定性分析小结 (12)参考文献 (13)光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。
本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。
光电探测器基本原理光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。
光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。
因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。
1.1 PIN光探测器的工作原理在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。
由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。
图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。
I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。
PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度的影响，但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。
光电检测知识点
第一章名称解释1. 光通量2 坎德拉3. 照度4 半导体中的非平衡载流子5 绝对黑体6 基尔霍夫定律7 热噪声8 产生-复合噪声91／f 噪声知识要点半导体材料的光吸收效应(1) 本征吸收(2) 杂质吸收2. 非平衡载流子浓度载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。
物体的光谱发射率总等于其光谱吸收比。
也就是强吸收体必然是强发射体。
维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度增高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动。
光电子发射过程可以归纳为以下三个步骤：(1) 物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2) 被激发电子向表面运动，在运动过程中因碰撞而损失部分能量；(3) 克服表面势垒逸出金属表面。
一般光电检测系统的噪声包括三种：(1) 光子噪声包括：信号辐射产生的噪声和背景辐射产生的噪声。
(2) 探测器噪声包括：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1／f 噪声和温度噪声。
(3) 信号放大及处理电路噪声在半导体器件中1／f 噪声与器件表面状态有关。
多数器件的1/f 噪声在300Hz 以上时已衰减到很低水平，所以频率再高时可忽略不计。
在频率很低时；l／f 噪声起主导作用；当频率达到中间频率范围时，产生-复合噪声比较显著；当频率较高时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小了光电探测器的合理选择(1) 根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探测器的动态范围。
(2) 探测器的光谱响应范围是否同待测光信号的相对光谱功率分布一致。
即探测器和光源的光谱匹配。
(3) 对某种探测器，它能探测的极限功率或最小分辨率是多少—需要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。
(4) 当测量调制或脉冲光信号时，要考虑探测器的响应时间或频率响应范围。
(5) 当测量的光信号幅值变化时，探测器输出的信号的线性程度。
第二章名称解释光源的发光效率色温色表显色性相关色温分布温度知识要点选择光源时，应综合考虑光源的强度、稳定性、光谱特性等性能根据斯奇芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度大于绝对零度，都会向外界辐射能量，其辐射特性与温度的四次方有关气体放电光源具有下述特点；1. 发光效率高。
实验一光电效应讲义
实验一光电效应1887年，赫兹在研究电磁辐射时意外发现，光照射金属表面时，在一定的条件下，有电子从金属的表面溢出，这种物理现象被称作光电效应，所溢出的电子称光电子。
由此光电子的定向运动形成的电流称光电流。
1888年以后，W.哈尔瓦克斯、A.Γ.斯托列托夫、P.勒纳德等人对光电效应进行了长时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实：1.光强一定时，光电管两端电压增大时，光电流趋向一饱和值。
对于同一频率不同光强时，光电发射率（光电流强度或逸出电子数）与光强P成正比，见图1(a)、(b)。
2.对于不同频率的光,其截止电压不同，光电效应存在一个阈频率（截止频率、极限频率或红限频率），当入射光频率 低于某一阈值时，不论光的强度如何，都没有光电子产生，见图1（c）、（d）。
3.光电子的动能与入射光强无关，但与入射光的频率成线性关系。
4.光电效应是瞬时效应，一经光束照射立即产生光电子。
图1 光电效应规律上述实验事实用麦克斯韦的经典电磁理论无法作出圆满的解释。
1905年，爱因斯坦用光量子理论圆满解释了光电效应，并得出爱因斯坦光电效应方程。
后来密立根对光电效应展开全面的实验研究，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性，并精确测出普朗克常数h。
因为在光电效应等方面的杰出贡献，爱因斯坦和密立根分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。
光电效应和光量子理论在物理学的发展史上具有划时代的意义，量子论是近代物理的理论基础之一。
而光电效应则可以给量子论以直观鲜明的物理图像。
随着科学技术的发展，利用光电效应制成的光电元件在许多科技领域得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。
本实验利用“减速电势法”测量光电子的动能，从而验证爱因斯坦方程，并测得普朗克常数。
经过本实验有助于进一步理解量子理论。
【实验目的】1．通过实验了解光的量子性。
2．测量光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压。
3．验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克常数。
暗电流(光伏)
暗电流报告太阳电池在无光照条件下相当于一个整流二极管，当给它加一个方向偏压时(p区接负，n区接正)，外加电压与其内建电势差方向相反，使得内建场势垒高度增加，势垒宽度也增加，于是n区中的电子及p区中的空穴都难以向对方扩散，扩散电流趋近于0，但是由于结电场的增加，增强了少子的漂移作用，把n区中的空穴驱向p区，而把p区中的电子拉向n 区，在结中形成了由n指向p的反向电流，由于少数载流子是由本证激发产生的，数目比较少，所以反向电流一般都比较小，在一定温度T下，由于热激发而产生的少数载流子数量是一定的，电流值趋于恒定，这时的反向电流就是反向饱和电流，如下图第三象限，显示了p-n结的反向电流特性。
p-n的整流特性和太阳电池的明暗特性（p-n结的整流特性和太阳电池的暗特性相同，受照明时暗特性曲线下移，成为明特性曲线）当p-n结两端的反向电压加到一定数值时，反向电流或突然增加，这个现象称为p-n结反向击穿，p-n结击穿后电流很大。
产生p-n结击穿的原因是，在强电场作用下，大大地增加了自由电子和空穴的数目，引起反向电流的急剧增加，这种现象的产生分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。
雪崩击穿：当p-n结反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。
当它与结内原子发生直接碰撞时，将原子电离，产生新的"电子一空穴对"。
这些新的"电子一空穴对"，又被强电场加速再去碰撞其它原子，产生更多的"电子一空穴对"。
如此链锁反应，使结内载流子数目剧增，并在反向电压作用下作漂移运动，形成很大的反向电流，这种击穿称为雪崩击穿。
雪崩击穿的物理本质是碰撞电离，它的击穿电压一般在8－1000V。
齐纳击穿（隧道击穿）：齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的p-n结内。
由于掺杂浓度很高，p-n结很窄，这样即使施加较小的反向电压（5V以下），结层中的电场却很强（可达10V/cm左右）。
电源类资料04-元件参数符号含义(精简版)
场效应管参数符号意义T a---环境温度C du---漏-衬底电容T c---管壳温度C gd---栅-源电容T j---结温C ds---漏-源电容T jm---最大允许结温C iss---栅短路共源输入电容T stg---贮成温度C oss---栅短路共源输出电容V DSS---漏源击穿电压C rss---栅短路共源反向传输电容I D(I D25)---漏极电流（T c=25℃，直流）di/dt---电流上升率（外电路参数）R DS(on)---通态漏源电阻dv/dt---电压上升率（外电路参数）P D---漏极耗散功率I DQ---静态漏极电流（射频功率管）t rr---反向恢复时间I DSM---最大漏源电流V（BR）GSS---漏源短路时栅源击穿电压I DSS---栅-源短路时，漏极电流V GSF--正向栅源电压（直流）I DS(sat)---沟道饱和电流（漏源饱和电流）V GSR---反向栅源电压（直流）I G---栅极电流（直流）V GS(th)---开启电压或阀电压I GDO---源极开路时，截止栅电流C gs---漏-源电容I GSO---漏极开路时，截止栅电流I DM---漏极脉冲电流I GSS---漏极短路时截止栅电流V DS---漏源电压（直流）I DSS1---对管第一管漏源饱和电流V GS---栅源电压（直流）I DSS2---对管第二管漏源饱和电流P DM---漏极最大允许耗散功率I u---衬底电流I D(on)---通态漏极电流I pr---电流脉冲峰值（外电路参数）t on---开通时间,T on=T d(on)+T r g fs---正向跨导t d(on)---开通延迟时间G p---功率增益t r---上升时间G ps---共源极中和高频功率增益t off---关断时间,T off=T d(off)+T f G pG---共栅极中和高频功率增益t d(off)---关断延迟时间G PD---共漏极中和高频功率增益t f---下降时间g gd---栅漏电导I GM---栅极脉冲电流g ds---漏源电导I GP---栅极峰值电流K---失调电压温度系数I F---二极管正向电流K u---传输系数R DS(on)---漏源通态电阻L---负载电感（外电路参数） R DS(of)---漏源断态电阻L D---漏极电感R(th)jc---结壳热阻L s---源极电感R(th)ja---结环热阻R GD---栅漏电阻V DD---漏极（直流）电源电压（外电路参数）R GS---栅源电阻V GG---栅极（直流）电源电压（外电路参数）R g---栅极外接电阻（外电路参数）V ss---源极（直流）电源电压（外电路参数）R L---负载电阻（外电路参数）V DS(on)---漏源通态电压P IN--输入功率V GD---栅漏电压（直流）P OUT---输出功率D---占空比（占空系数，外电路参数）V su---源衬底电压（直流）P PK---脉冲功率峰值（外电路参数）V Du---漏衬底电压（直流）I DS---漏源电流V Gu---栅衬底电压（直流）I GF---正向栅电流Z o---驱动源内阻I GR---反向栅电流η---漏极效率（射频功率管）V DS(sat)---漏源饱和电压V n---噪声电压T L---晶格温度(Lattice temp)/或指下限温度与T H相对a ID---漏极电流温度系数T e---电子温度(Electron temp)T e=T L a rds---漏源电阻温度系数I AR(I A)---雪崩电流（Avalanche Current）E AR---重复雪崩电压（Repetitive Avalanche Energy）半导体二极管参数符号及其意义T a---环境温度T c---壳温T j（T VJ）---结温T jM（T VJM）---最高结温T stg---温度补偿二极管的贮成温度V RRM---反向重复峰值电压（反向浪涌电压）I F（AV）---正向平均电流I F---正向直流电流（正向测试电流）。
探测器暗电流综述报告
暗电流形成及其稳定性分析综述报告目录光电探测器基本原理 (2)PIN光探测器的工作原理 (2)雪崩光电二极管工作原理 (3)暗电流的形成及其影响因素 (4)暗电流掺杂浓度的影响 (5)复合电流特性 (6)表面复合电流特性 (6)欧姆电流特性 (7)隧道电流特性 (7)结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (10)腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (12)温度特性对暗电流影响 (13)暗电流稳定性分析小结 (15)参考文献 (16)光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。
本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。
光电探测器基本原理光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。
光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。
因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。
PIN光探测器的工作原理在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。
由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。
图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。
I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。
PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度的影响，但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。
实验四光电效应
图2光电流与入射光强度的关系实验四 光 电 效 应在物理学史上,光电效应现象的发现,对光的本性------波粒二象性的认识,具有极为重要的意义，它给量子论以直观，明确的论证.光电效应有助于学习和理解量子理论。
【实验目的】1、 了解光的量子性，光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。
2、 验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常数h 。
3、 学习作图法处理数据。
【实验仪器】1、 光源用高压汞灯做光源，配以专用镇流器，光谱范围为320.3nm~872.0nm 可用谱线为365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 共五条强线谱线。
2、 滤光片滤光片的主要指标时半宽度和透过率。
透过某种谱线的滤光片不允许其附近的谱线透过（我们精心设计制作了一组高性能的滤光片，保证了在测量某一谱显时无其他谱线干扰，避免了谱线相互干扰带来的测量误差）。
高压汞灯发出的可见光中，强度较大的谱线有5条，仪器配以相应的5种滤光片。
3、光电管暗盒采用测h 专用光电管，由于采用了特殊结构，使光不能直接照射到阳极，由阴极发射照到阳极的光也很少，加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺，使得阳极反向电流大大降低，暗电流也很低（≤2×10-12A ）。
4、微电流测量仪在微电流测量中采用了高精度集成电路构成电流放大器，对测量回路而言，放大器近似于理想电流表，对测量回路无影响，使测量仪具有高灵敏度（电流测量范围10-18~10-13A ）搞稳定性（零漂小于满刻度的0.2%），从而使测量精度、准确度大大提高。
测量结果由三位半LED 显示。
5、 光电管工作电源普朗克常数测量仪提供了两组光电管工作电源（-2~+2V,-2~+30V ），连续可调，精度为0.1%,最小分辨率为0.01伏，电压值由三位半LED 数显。
【实验原理】光电效应实验原理如图1所示：其中S 为真空光电管，K 为阴极，A 为阳极，当无光照射阴极时，由于阴极与阳极是断路，所以检流计G 中无电流通过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时，将形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图2所示。
家庭电路中电流过大的原因人教版九年级下册物理 家庭电路中电流过大的原因漏电保护器和空气开关的区别
空气开关是零线和火线起作用，当两线间电流太大就会自动跳闸，作用和保险丝一样。
漏点保护器是火线起作用，如果人接触火线，那么通过人体和大地构成回路，有额外的电流没有通过零线，里面的电磁装置会自动触发，也会跳闸，马上断电保护人体。
这两个装置都是用的电磁原理，其间还包括放大电路。
这些内容在高中物理课本都能找到。
可以在百度上找这个的原理电路图，一看就明白了。
剩余电流保护装置(以下简称RCD)，它所检测的是剩余电流，即被保护回路内相线和中性线电流瞬时值的代数和(其中包括中性线中的三相不平衡电流和谐波电流)。
为此，RCD的整定值，也即其额动作电流IΔn，只需躲开正常泄漏电流值即可，此值以mA计，所以RCD能十分灵敏地切断保护回路的接地故障，还可用作防直接接触电击的后备保护。
漏电保护器是一种利用检测被保护电网内所发生的相线对地漏电或触电电流的大小，而作为发出动作跳闸信号，并完成动作跳闸任务的保护电器。
在装设漏电保护器的低压电网中，正常情况下，电网相线对地泄漏电流（对于三相电网中则是不平衡泄漏电流）较小，达不到漏电保护器的动作电流值，因此漏电保护器不动作。
当被保护电网内发生漏电或人身触电等故障后，通过漏电保护器检测元件的电流达到其漏电或触电动作电流值时，则漏电保护器就会发生动作跳闸的指令，使其所控制的主电路开关动作跳闸，切断电源，从而完成漏电或触电保护的任务。
空气开关1.小型断路器有何用途？用于照明、动力配电系统作过载和短路保护，以及线路的不频繁转换之用漏电保护器是通过检测用电器具有无漏电，只要有毫安级的漏电则它立即自动断开电源。
空气开关仅仅是一个大电流的空气隔离开关不具备检测功能，只是提供一个隔离点使电路能够通断自如。
但是现在有将两者做成一体的复合开关江苏省地方标准《江苏省住宅设计标准》（ＤＢ３２／３８０－２０００）第８．１．３条第４款规定：除壁挂式空调电源插座外“所有电源插座回路均应设漏电保护装置，有条件时宜按回路分别设置漏电保护装置”。
太阳能电池基本原理-光生伏特原理-PN结-内建电场-等效电路
太阳能电池基本原理基本原理——光生伏特效应太阳能光伏发电是利用太阳电池的光伏效应原理，直接把太阳辐射能转变为电能的发电方式。
典型太阳电池是一个p-n结半导体二极管。
光子把电子从价带（束缚）激发到导带（自由），并在价带内留下一个空穴（自由）——产生了自由电子-空穴对（光生载流子），p型材料中的电子与n型材料中的空穴将在与少子寿命相当的时间内，以相对稳定的状态存在，直到复合。
当载流子复合后，光生电子空穴对将消失，没有电流和功率产生。
光生电子-空穴对在耗尽层中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被送进n区，光生空穴则被送进p区。
光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能。
内建电场当把N型和P型材料放在一起的时候，在N型材料中，费米能级靠近导带底，在P型材料中，费米能级靠近价带顶，当P型材料和N型材料连接在一起时，费米能级在热平衡时必定恒等，由于在P型材料中有多得多的空穴，它们将向N型一边扩散。
与此同时，在N型一边的电子将沿着相反的方向向P型区扩散。
由于电子和空穴的扩散，在p-n结区产生了耗尽层，即空间电荷区电场，又称为内建电场。
（1）光子吸收：在大部分有机太阳能电池中，因为材料的带隙过高，只有一小部分入射光被吸收，吸收只能达到30%左右。
（2）激子扩散：激子的扩散长度应该至少等于薄膜的厚度，否则激子就会发生复合，造成吸收光子的浪费。
（3）电荷分离：对于单层器件，激子在电极与有机半导体界面处离化，对于双层器件，激子在施主－受主界面形成的p-n结处离化。
（4）电荷传输：在有机材料中，电荷的传输是定域态间的跳跃，而不是能带内的传输，这意味着有机材料和聚合物材料中载流子的迁移率通常都比无机半导体材料的低。
（5）电荷收集：电荷的收集效率也是影响光伏器件功率转换效率的关键因素，金属与半导体接触时会产生一个阻挡层，阻碍电荷顺利地到达金属电极。
等效电路模型太阳能电池等效电路无光照时类似二极管特性，外加电压时单向电流ID 称为暗电流；有光照时产生光生电流IL；R s 、Rsh分别为太阳电池中的串、并联电阻RL为负载。
称为光电二极管的暗电流
APD 使原信号光电流发生倍增；提高接收机灵敏度。 需要较高的偏置电压；需要温度补偿电路。 从简化接收机电路考虑，一般情况下多采用 PIN 光电二极管。
半导体光电管的性能
光电二极管的主要参数和性能包括： 伏安特性、暗电流、光电流、光谱 响应特性、光电灵敏度、噪声特性 等。
（1）伏安特性
二极管上不加电压，利用 PN 结在受光照时 产生正向电压的原理，把光电二极管用作 光致发电器件，这种器件称为光电池。 光纤传感器中这两类器件都得到应用。
半导体光电二极管有三种类型
PN结型光电二极管（PD）
PIN结型光电二极管（PIN）
雪崩型光电二极管（APD）
一．PN结型光电二极管
四. 光探测器
外界参量
光 源
光纤
信号 调制
光纤
光探 测器
信号 处理
光探测器是一种光电信息转换器件。在 光纤系统中，光探测器的作用是将光纤传来的 光信号功率变换为电信号电流。
基本概念
在光电器件中,自发发射、受激辐 射和受激吸收过程总是同时出现的。 但对于各个特定的器件,只有一种 机理起主要作用。这三种作用机理 对应的器件分别是：发光二极管、 半导体激光器和光电二极管。
缺 点
倍增为随机性的，放大电流的随机性或 不可预测性限制了管子的灵敏度，所以， 在设计雪崩管时应注意尽量减小随机性。
硅雪崩型光电二极管管心的结构图
硅雪崩型光电二极管管心的结构图
Picture of APD
雪崩光电二极管图片
比
较
PIN 不能使原信号光电流发生倍增；响应速度快。 具有好的光电转换线性度；不需要高的工作电压。
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q (U IR S ) AKT
1) I 02 (e
q (U IR S ) 2 AKT
1)
6,太阳电池η的计算 在太阳电池受到光照时,输出电功率和入射光功率之比就称为太阳电 池的效率.
Pm I U FF I SCU OC FF I SCU OC mhc At ( ) d
0
Pin ( )
hc
d
太阳电池测试原理----参数的测量及计算
I ISC
IRS
RS=200mΩS
RS=50mΩS
RS=0ΩS
0
UOC
U
不同串连电阻得出的I-V测试结果： 当RS增大时,UOC基本不变,ISC明显下降,FF明显下降
太阳电池测试原理----参数的测量及计算
I ISC
表明在U →0时,曲线具有较好的线性关系 对(2-20)求微分,可以得到
dI dU
U 0
1
1 ,即 Rsh
dI dU Rsh .......... .......... ...( 2 21) dU U O dI I I SC
所以,测量出在U →0附近的I-V曲线的斜率,就可以得到Rsh的值了.
太阳电池测试原理----漏电
I ③
②
① U 3区
12V 10V
0 2区 1区
暗环境下反偏测试漏电的IV图像
太阳电池测试原理----漏电
通过观察漏电的情况可以大概分析一下电池片性能上的问题。 如上图所示，电池片的漏电在随着反偏电压的增加而增加，但是漏电 增加的趋势却不大一样。 曲线①表示的是大多数正常的电池片的漏电曲线，在正常情况下在反 偏12V的情况下，漏电增加不明显，一般不超过0.5A,反偏电压继续增 高的话，漏电就会快速上升，在反偏18V的情况下，一般很少会有电 池片不击穿的。 曲线②表示的电池片的在反偏电压不是很大的情况下，漏电就增加很 大，说明PN结做的不好，要么是结过浅，要么是PN结表面有杂质， 影响了结特性。 曲线③表示的电池片在反偏电压的情况下，基本看不到pn结的截止特 性了，说明漏电极大，而且严重影响电性能。有可能是未刻蚀，未扩 散，或者是体材料有严重的杂质等。
U/Rsh Rsh=2Ω Rsh very large
Rsh=0.2Ω
U
0
不同并联电阻得出的I-V测试结果： 当Rsh增大时,ISC基本不变,UOC明显下降,FF明显上升.
UOC
进制
英文全称
exa
缩写
E
中文名称
太(拉)
吉（咖）
数值
1018
tera
giga
T
G
1012
109
mega
kilo hecto deca(dka) deci centi milli micro nano pico femto
FF Pm U I m m U OC I SC U OC I SC
4,并联电阻Rsh和串联电阻Rs的近似解法 由太阳电池测试原理----模拟电路图(等效电路图)可知当流入负载为 RL时的电流为I,负载端压为U时: q (U IR ) S I ( RS RL ) AKT I I L I D I sh I L I 0 (e 1) ......( 2 17 ) Rsh U IR L
负载电流
I I L I D I sh I L I 0 (e
负载电压
q (U IR S ) AKT
1)
I ( RS RL ) ......( 2 17 ) Rsh
U IR
太阳电池测试原理----模拟电路图(等效电路图)
上式不能写成I=f(U)形式,只能写成I=f(U,I)的形式,因为这是一个超 越函数. IL 光生电流 T 太阳电池pn结的绝对温度 I0 反向饱和电流 q 单位电荷量 A 二极管因子 K 普朗克常量 Rs/Rsh 太阳电池的串连/并联 I 太阳电池的输出电流 U 太阳电池的输出电压 ID 暗电流 当负载RL从0变化到无穷的时候,就可以根据上式画出太阳电池的 负载特性曲线.曲线上的每一点称为工作点.工作点和原点的连线称 1 为负载线.斜率为 R ,工作点的横坐标和纵坐标即为相应的工作电压 L 和工作电流.若改变负载电阻RL到达某一特定值Rm,此时,在曲线上得 到一个点M,对应的工作电流与工作电压之积最大(Pm=ImUm).我们就 称这点M为该太阳电池的最大功率点,其中, Im为最佳工作电流, Um为 最佳工作电压. Rm为最佳负载电阻.Pm为最大输出功率.如下图所示:
太阳电池测试原理----参数的测量及计算
串联电阻的解法同并联电阻类似,考虑U →UOC考的情况下,(2-17)的渐 进为： q(U IRS ) I L I0 0 AKT 化简可得 AKT U I IL qI0 RS RS
对(2-20)求微分,可以得到
dI dU Rs dU U U OC dI I 0
M
K h da d c m μ n p f
兆
千 百 十 分 厘 毫 微 纳（诺） 皮（可） 飞（母托）
106
103 102 10 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
atto
a
阿（托）
10-18
太阳电池测试原理----参数的测量及计算
对于硅太阳电池,满足：
I D I 0 (e IL IL
Rs 1 Rsh
q (U IR ) AKT
1)
1
.......... .......... (2 19)
1 A 2
根据(2-19)很容易得到在U→0时(2-17)可以写为:
U IR U Rsh U U I IL s IL I SC .......... ..( 2 20) Rs Rsh Rsh Rsh 1 Rsh IL
1
dI dU
U U OC
1 即 Rs
所以,测量出在U →UOC附近的I-V曲线的斜率,就可以得到Rs的值了.
太阳电池测试原理----参数的测量及计算
5,Rs的数值解法 上面的算法因为连续使用了两次近似,计算结果会有较大的误差,为了 获得更精确的结果可以采用数值解法. 考虑到太阳电池的双指数模型,负载电流为:
太阳电池测试原理----参数的测量及计算
当负载RL连续变化时,经过测量得到一系列I-V数据,由此可以做出如 太阳电池测试原理----模拟电路图(等效电路图)的太阳电池的伏安特性曲 线,同时计算出一些重要的参数,这些参数主要包括:开路电压UOC,短路电 流ISC,最佳工作电压Um,最佳工作电流Im,最大功率Pm,填充因子FF,串联电 阻Rs,并联电阻Rsh和电池效率η. 1,开路电压UOC,短路电流ISC的计算 从图上可知,测量得到的曲线与V,I两轴的交点,及UOC, ISC. 2, Um , Im , Pm的计算 一般情况下,直接求Pm会有一些麻烦.所以可以在计算机上按照步长, 求得每一点的P=UI,然后直接取其中的最大值就是Pm了,该点所对应的电 压和电流也就是最佳工作电压Um,最佳工作电流Im. 3,填充因子FF的计算
0
U IR L Rsh
其中,At为太阳电池总面积(包括栅线图形面积).考虑到栅线并不产生光 电,所以可以把At换成有效面积Aa(也称为活性面积),即扣除了o栅线图形面 积后的面积.同时计算得到的转换效率要高一些.
为单位面积的入射光功率.实际测量时,取标准光强:AM1.5条件,即25 o C 下,=100mW/cm2.
丝印工艺汇总
电池事业部工艺中心 周公庆
2010.02.12
知识只是知识，知识再多也不是智慧 智慧就是你的心境和态度。
————周公庆
太阳电池测试原理----模拟电路图(等效电路图)
Rs ID IL CJ Ish Rsh U RL I
等效电路图
当受到光照的太阳电池接上负载时,光生电流流经负载,并在负载两 端产生端压,这时可以使用一个等效电路来描述太阳电池的工作情况. 把太阳电池看成稳定产生光电流的电流源(假设光源稳定),与之并联的 有一个处于正偏压下的二极管及一个并联电阻Rsh.
太阳电池测试原理----模拟电路图(等效电路图)
I ISC △U Im
Rsh U I
△I
Pm
△I
1 K Rm
Rs
U I
0
Um△U UOC
U
太阳电池测试原理----漏电
暗电流（Dark Current）也称无照电流，是指在没有光照的条件下，给PN结加反 偏电压（N区接正，P区接负），此时会有反向的电流产生，这就是所谓的暗电流， 对单纯的二极管来说，暗电流其实就是反向饱和电流，但是对太阳能电池而言，暗 电流不仅仅包括反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。 反向饱和电流指给PN结加反偏电压时，外加的电压使得PN结的耗尽层变宽，结 电场（即内建电场）变大，电子的电势能增加，P区和N区的多数载流子（P区多子 为空穴，N区多子为电子）就很难越过势垒，因此扩散电流趋近于零，但是由于结 电场的增加，使得N区和P区中的少数载流子更容易产生漂移运动，因此在这种情 况下，PN结内的电流由起支配作用的漂移电流决定。漂移电流的方向与扩散电流 的方向相反，表现在外电路上有一个留入N区的反向电流，它是由少数载流子的漂 移运动形成的。由于少数载流子是由本征激发而产生的，在温度一定的情况下，热 激发产生的少子数量是一定的，电流趋于恒定。 漏电流：我们都知道，太阳能电池片可以分3层，即薄层（即N区），耗尽层（即 PN结），体区（即P区），对电池片而言，始终是有一些有害的杂质和缺陷的，有 些是硅片本身就有的，也有的是我们的工艺中形成的，这些有害的杂质和缺陷可以 起到复合中心的作用，可以虏获空穴和电子，使它们复合，复合的过程始终伴随着 载流子的定向移动，必然会有微小的电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值 是有贡献的，由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏 电流。