物理实验竞赛太阳能电池板光能转化效率的测定.ppt

太阳能电池基本特性测定与研究 太阳能电池基本特性测定与研究 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气驱动发电机 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，许多发达国家对 它的研究投入了很多人力物力。作为新世纪的大学生 ，我们有必要接触这些环保新能源，通过这个实验， 我们将更加了解了太阳能电池的一些特性，例如太阳 能电池电阻，开路电压随光照强度变化的规律，知道 太阳能电池的填充因子，提高我们的科学素养，为以 后的工作研究打下基础。 1. 了解无光照时测量太阳能电池的伏安 特性曲线 2. 测定太阳能电池的最大输出功率及填 充因子，得出太阳能电池的光电转化 效率。 【实验仪器】 光具座、滑块、白炽灯、 太阳能电池、 光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电 阻箱 【实验原理】 1. 太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收 的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将 太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过 的电流的关系为 （1） 其中是二极管的反向饱和电流,是理想二极管参 数,理论值为1。是玻尔兹曼常量,为电子的电荷量 ,为热力学温度。 令： 2 当太阳能电池接上负载电阻后，太 阳能电池的输出电压和电流随着负 载电阻的变化而变化，当负载电阻 R=Rm时，太阳能电池的输出功率 为最大 即最大功率，对应电压和电 流，可知 Pm=ImUm 3.填充因子是表征太阳能电池质 量好坏的一个指标，将最大功率 和短路电流和断路电压的比值定 义为填充因子 即： (2) （FF是代表太阳能电池性能优劣 的一个重要参数。值越大,说明太 阳能电池对光的利用率越高）。 【实验内容及步骤】 1. 在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电 池正向偏压时的I-U特性（直流偏压从0-3V） （1）设计测量电路图，并连接。 （2）利用测得的正向偏压时I-U关系数据， 画出 I-U曲线并求出常数 和 J0 的值。 【数据记录及处理】 1.无光条件下太阳能电池在外加偏压时伏安特性 1.3 1.41.82.052.32.52.62.72 8 2.93 0 305070100150200250300350400 450 表（一） 处理数据得在全暗情况下测量太阳能电池在 正向偏压下太阳能电池的电流 I 和太阳能电池的 输出电压U ,得到 I-U 图,如图一 所示;在2.8 V 以 下的区域可以满足上面函数关系. 电压很大时，I 和U基本成线性关系。 图一 （1）如图一连接电路图 （2）测量电池在不同负载电阻下， 对 变化 关系，画出 曲线图。 （3）测量短路电流 和开路电压 。 （4）求太阳能电池的最大输出功率及 最大输 出功率时负载电阻。 （5）计算填充因子 在不加偏压时，在使用遮光罩条件下，保持白光源 到太阳能电池距离20CM，测量太阳能电池的输出电流 对太阳能电池的输出电压的关系。太阳能电池在光照 时，测量输出功率与负载电阻的关系。 （1） 测 量太阳能电池的输出电流对太阳能电池的 输出电压的关系 0.861.1 2 1.461.7 0 1.922.082.242.382.502.622.72 4.64.23.83.53.23.02.82.62.52.42.3 表（二） 太阳能电池在不同负载电 阻太阳能电池的电流I 和输出 电压U 的关系如图二 所示，它满足一个二次函数图像， 基本呈线性关系。 （2）.太阳能电池在光照时，测量输出功率与负载电阻的 关系。 表（三） 4.05.05.56.06.26.36.46.36.36.26.0 0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2 不加偏压下,将太阳能电池置于恒定光强照射下 (暗箱中,保持60 W 白炽灯光源到太阳能电池距 离为20 cm) . 由图可得负载电阻 R = 0.8 k时, 太阳能电池 的最大输出功率Pm = 6.4 mW,短路电流 ISC =2.86 mA ,开路电压 UOC =3.62 V. 算得 填充因子 FF = 61.8 %. 3.测量太阳能电池的光电效应与电光性质 在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白光源14CM水 平距离光强作为标准光照强度，用光功率计测量 该处的光照强度 ;改变太阳能电池到光源的距离 ，用光功率计测量该处的光照强度 ，求光强 与 位置关系。测量太阳能电池接受到相对光强度 不同值时，相应的 和 的值。 (1).测量太阳能电池接受到相对光强度 不同值时 ，相应的 和的 值。 (2).描绘 和相对光强 之间的关系曲线，并求它 们之间的近似关系函数。 (3).描绘 和相对光强 之间的关系曲线，并求他 们之间的近似关系函数。 3.测量太阳能电池和与相对光强 表（四） X(cm)14161820222426283032 10.860.73 0.630.55 0.480.420.380.350.31 6.55.74.64.03.32.82.52.22.01.8 的关系 取14cm处的光照强度为标准光照强度J0 表五 若入射光最大光强为J0 ,改变后光照强度为J ,测量不同相 对光照强度J/ J0 下的 ISC和 UOC, 得到 ISC和J/ J0 呈线性关 系,如图所示; UOC和 J/ J0近似呈指数函数关系,如图 所示. 【实验分析】 本实验是是一个设计性实验，通过这个实验，我们 更多的了解 了太阳能电池，知道了他的更多特性。 但本实验由于各种原因 存在各种实验误差，导致实验结果不怎么理想。 分析： 1.在测定全黑条件下伏安特性曲线时，未能保证太阳能电池处 于 全黑状态。 2.做测定不同负载电阻条件下功率时，由于电压表有分流作用 ，导致实验存在误差。 3.在做不同光照强度下，太阳能电池电阻时，距离测量存在误 4. 在使用MATLAB处理数据时得到一些近似函数关系 ，存在一 定的误差，并不能完全真实反映实验结果。