锂电池分析-充放电与循环伏安课件.ppt

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1、能源元件之特性分析實驗課程教學大綱第一單元:太陽能電池第二單元:超導體之超導溫度第三單元:電能迴路設計第四單元:鋰電池分析-充放電與循環伏安一、實驗目的二、原理機制三、實驗步驟(流程圖)四、實驗設備及器材五、結果與討論六、多媒體示範教學實驗內容綱要第一單元:太陽能電池一.實驗目的：利用PNJUCTION照光後，測量其I-V的變化，畫出I-V曲線圖，證明太陽能電池照光後其電流、電壓確實產生變化，達到發電的效果。二.實驗原理與機制：在電子電路中使用的二極體(diode)種類很多，我們主要先介紹pn接面二極體的原理、特性，以及他的基本應用，在最後再介

2、紹一些特殊二極體和他們如何應用在太陽能電池上。pn接面可以簡單的想成一p型半導體和一n型半導體接在一起所形成，在兩端再各以一金屬電極(稱為歐姆接點)連結外界電路，如圖1。形成的方法有很多，例如可以在一p型半導體基板上一磊晶方式成長一n型半導體，或在一p型半導體基板上先置一n型的雜質源，然後加熱，n型雜質即擴散入基板表面，形成pn接面。Example#1:pn接面在形成時，空間中的載體分布先天上就已經不均勻，在p型半導體中的電洞會向n型半導體中擴散，在n型半導體中的電子會向p型半導體中擴散pn接面在形成時，空間中的載體分布先天上就已經不均勻，在p

3、型半導體中的電洞會向n型半導體中擴散，在n型半導體中的電子會向p型半導體中擴散由於帶電載體的移動，原本每個位置都保持電中性的特性便被破壞，n型半導體中會帶正電，p型半導體中會帶負電。電洞進入n型區，或電子進入p型區都會產生復合，電子電洞同時消失，半導體中就只剩下帶電的摻雜離子，在p型半導體中是帶負電的受子離子，在n型半導體中是帶正電的施子離子，兩者的帶電量大小是相同的這兩個帶電的離子區會集中在接面的兩側，如此可使系統的電位能降到最低。這時，帶電離子在接面附近產生一電場，所導致的漂移電子流（電洞流），方向都和擴散電子流（電洞流）相反包括維持電中性

4、的p型區與n型區，以及有電場分布的離子區顯示出對應各區的電子與電洞濃度分布的示意圖。在p型中性區中電洞濃度最大，電子濃度最小；在n型中性區中電子濃度最大，電洞濃度最小；在中間的離子區，電子與電洞的濃度都較中性區之多數載體濃度為低。由於離子區缺乏可移動的載體，一般將此區稱做空乏區是接面附近的帶電電荷密度分布圖，這裡假設了:(1)在pn接面附近的p型及n型雜質摻雜濃度是均勻的，(2)在空乏區中的載體濃度完全忽略是對應的電場分布圖，圖中顯示空乏區電場的值都是負的，表示電場方向都是由n型區中的施子離子指向p型區中的受子離子，實際的電場分布可以利用高斯定

5、律求出。由電場分布，我們可以很容易看出電位的分布形式p型區的電位較高，n型區的電位較低，其間的電位差我們稱為內建電位(build-inpotential)Vbi。對電洞而言，他的電位能在p型中性區最低，故電洞大部分分布於此區，電洞要由n型區進入p型中性區，必須克服一個大小為qVbi的位能障礙(potentialbarrier)；同樣地，電子大多分佈在電子電位能最低的n型中性區中，要進入p型區一樣要克服qVbi的位能障礙很清楚顯示了電子與電洞分別看到不同的電位能曲線，這裡主要的原因來自他們所帶電荷符號不同。2.pn接面二極體的電流-電壓特性4.太

6、陽能電池當光二極體面積很大時，照光後產生之光電流也很大，可以當作電源使用，稱為太陽能電池(solarcell)。太陽能電池的發電能力和他的面積成正比，但一般利用半導體晶片製作的大面積元件成本過高，只有在特殊場合，例如在人造衛星上，才使用得到。而日常所用的太陽能電池，則是以玻璃做基板，先鍍上一層透明的導電膜（通常是氧化銦類的材料），再成長非晶態的矽薄膜，並形成pn接面，雖然非晶矽太陽電池的發電效率與使用期限較以晶體材料製作的差，但成本卻低的很多，適合一般發電使用。，我們比較一個電阻和一個理想二極體通過的電流I與端電壓V的關係，這個關係通常稱為元件

7、的電流-電壓特性(current-voltagecharacteristics)。(b)顯示當理想二極體的V為負的時候，電流是0，基本上是不導通的，稱做逆向偏壓(reversedbiased)；而當V略正時，又完全導通，電流很大，稱為順向偏壓(forwardbiased)實際的pn接面二極體的電流-電壓特性略有不同，圖5(a)是一個典型的例子，圖中用兩個不同的電流尺度來顯示，順向偏壓夠大時才會有顯著的電流，而逆向偏壓時有一很小的逆向電流。逆向偏壓夠大時，逆向電流幾乎保持不變，稱為逆向飽和電流(reversed-biasedsaturationc

8、urrent)IS三實驗步驟首先將太陽能電池面板與DCA、DCPOWERSUPPLY接好，利用太陽能電池照光後，電壓電流會改變的特性，描繪出太陽能電池