实验T太阳能电池特性的测量

1、实验T太阳能电池特性的测量（以下是厂家提供的资料）太阳能的利用和太阳能电池特性研究是21世纪新型能源开发的重点课题。目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已大量用于民用领域：如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。太阳能是一种清洁、“绿色”能源，因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。【实验目的】在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。1. 测量太阳能电池在光照时的

2、输出伏安特性，作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路电流（Isc）、开路电压（Uoc）、最大输出功率Pm及填充因子FF,FFPm/（Isc?Uoc）。填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。2. 测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流Isc和相对光强度J/J。之间关系，画出Isc与相对光强J/J。之间的关系图；测量开路电压Uoc和相对光强度J/Jo之间的关系，画出Uoc与相对光强J/J。之间的关系图。【实验仪器】FB736型太阳能电池特性实验仪光具座及滑块座、具有引出接线的盒装太阳能电池、数字万用表1只、电阻箱1只、白炽灯光源1只（射灯结构，功率40W）、光功率计（带3V直流稳压电源）

3、、导线若干、遮光罩1个、单刀双掷开关1h白煩打光激：I一光血率计探宴也暗合呐裝太阳壯吐港4,先劝卓计数呈费山歆先力車计特号teAfeU；h白煩打光激：I一光血率计探宴也暗合呐裝太阳壯吐港4,先劝卓计数呈费山歆先力車计特号teAfeU；6.白淡渐压吋iflOV冷阻描屉忙涪第8.光具矗得制：9.:10-光学犬黑.hl4阳镜特怜实确仗实恸厲片及简要说明个，实物图如图4所示。【实验原理】太阳能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：IIo?（eu1）（1）（1）式中，Io和是常数。（1）式中，Io和是常数。图1电子和辛穴在电场的作用下产生光电流由半导体理

4、论，二极管主要是由能隙为EcEv的半导体构成，如图1所示。Ec为半导体导电带，Ev为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源(光照产生光电流的电流源)、一个理想二极管、一个并联电阻只前与一个电阻Rs所组成，如图2所示。并联电阻只前与一个电阻Rs所组成，如图2所示。图2中，梟山为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流,Id为光照时通过太阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得:iRsU(IphIdi)Rsh0(2)图2太阳能电池的理论模型削賂图(2)式中,I为太阳

5、能电池的输出电流,U为输出电压。由(1)式可得,1(1Rs計)IphRshmIdRsh(3)假定Rsh和Rs0,太阳能这里，1IPhIdIphI°(el在短路时，u0,IphIsc；而在开路时,I0,Iscl°(e1,rIscOCI0UocU1)。3所示电路。ph(b£(4)1)0；Q图3太阳能电池的简化赴路图(4)式即为在Rsh和Rs0的情况下，太阳能电池的开路电压Uoc和短路电流Isc的关系式。其中Uoc为开路电压，Isc为短路电流，而I。、是常数。【实验内容】在没有光源(全黑)的条件下，测量太阳能电池施加正向偏压时的IU特性，用实验测得的正向偏压时IU关系数

6、据，画出IU曲线并求得常数和I0的值。1 在不加偏压时，用白色光源照射，测量太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持为20cm。(1) 画出测量实验线路图。(2) 测量太阳能电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出IU曲线图。(3) 用外推法求短路电流Isc和开路电压Uoc。(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FFPm/(lsc?Uoc)。3测量太阳能电池的光照特性：在暗箱中(用遮光罩挡光)，取离白炽灯光源20cm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J0；改变太阳能电池到光源的距离x,用光功率计测量x处的光照强度J

7、，求光强J与位置x的关系。测量太阳能电池接收到相对光强度j/j0不同值时，相应的Isc和Uoc的值。(1)描绘Isc和相对光强度J/Jo之间的关系曲线，求Isc和与相对光强J/Jo之间近似关系函数。(2)描绘出Uoc和相对光强度J/Jo之间的关系曲线，求Uoc与相对光强度J/Jo之间近似函数关系。【实验数据表格】1全暗情况下，太阳能电池在外加偏压时伏安特性的测量在全暗的情况下，测量太阳能电池正向偏压下流过太阳能电池的电流I和太阳能电池的输出电压u测量电路如图5所示，改变电阻箱的阻值，用万用表量出各种阻值下太阳能电池和电阻箱两端的电压，算出电流测量结果如表1所示:图电全暗时太阳龍理池茫外加偏缶时

8、的伏安特杵测屋表1全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性数据记录若用户备有03.0V直流可调电源，则可采用图6实验线路：正向偏压在03.0V变化条件下，用R1000固定电阻取代电阻箱(但电阻值必须准确，否则计算电流值时将有较大的误差，把测量结果记录到表2中。表2全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性数据记录I0求出：10和相关系数r值。文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑欢迎下载支持.2恒定光照下，太阳能电池在不加偏压时伏安特性的测量不加偏压，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I对太阳能电池的输出电压U的关系，测量电路请自拟。把测量结果记

9、录到表3。表3恒定光照下太阳能电池在不加偏压时伏安特性数据记录3测量太阳能电池Ise和Uoc与相对光强J/J。的关系R()R()20044003004600400480060050008005500100060001200650014007000160075001800800020008500220090002400100002600200002800300003000400003200500003400600003600700003800800004000900004200用光强计测定不同光源距离时的光强值。短路电流可以直接用万用表的直流电流档量出，开路电压则直接用万用表的直流电压档量出。把

10、测量结果记录到表4中：表4太阳能电池Isc和Uoc与相对光强J/Jo的关系光源距离x(mm)152023252729303132333435【实验数据范例】（厂家的实验数据）（注：以下数据不作为仪器验收标准，仅供实验时参考）表1全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性数据记录42.612.510.4911.502.4430.152.590.4113.602.6121.602.650.3516.202.7913.572.730.2719.902.998.942.790.2123.503.165.452.850.1527.503.312.042.930.0734.303.540.003.000.0

11、040.803.714o2.6361V，I。15.210mA，相关系数r0.9996，电流与电压的指数关系得到验证。表2全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性数据记录0.4001.4982.0342.2862.4102.4880.010.391.402.533.464.160.010.391.402.533.464.162.6012.6542.7272.7872.8532.9285.466.217.498.7910.4112.765.466.217.498.7910.4112.76由丄eU1，当U较大时，eU1,即lnIUInI。由最小二乘法，将表2中最后6点数据10处理得以下结果：2.60

12、V1，I。6.28106mA,相关系数r0.9998。表3恒定光照下太阳能电池在无偏压时伏安特性数据记录R()R()2000.2251.12500.253144003.460.78642.72083000.3411.13670.387646003.490.75872.64794000.4571.14250.522148003.510.73132.56676000.6831.13830.777550003.530.70602.49228000.9111.13881.037455003.580.65092.330310001.1381.13801.295060003.620.60332.18411

13、2001.3641.13671.550465003.640.56012.038414001.5911.13641.808170003.670.52431.924116001.8171.13562.063475003.690.49211.815518002.051.13892.334780003.710.46381.720520002.271.13502.576585003.720.43761.628022002.491.13182.818290003.730.41441.545924002.691.12083.0150100003.760.37611.413826002.871.10383.1

14、680200003.850.19250.741128003.011.07503.2358300003.880.12930.501830003.111.03673.2240400003.90.09750.380332003.190.99693.1800500003.910.07820.305834003.260.95883.1258600003.920.06530.256136003.320.92223.0618700003.930.05610.220638003.360.88422.9709800003.940.04930.194040003.410.85112.8910900003.940.

15、04380.172542003.430.81672.8012表4太阳能电池Re和Uoc与相对光强J/Jo的关系光源距离x(mm)151.6791.001.433.91201.4600.869571.283.89231.2640.752831.143.86251.1050.658131.033.83270.9600.571770.933.81290.8500.506250.843.79300.7500.446690.773.77310.6110.363910.653.73320.5000.297790.563.68330.4180.248960.493.65340.3320.197740.413

16、.59350.2370.141160.323.51从图10和图11中找出Isc及Uoc与相对光强J/Jo的近似函数关系为:IscA(J/Jo)(5)UocBIn(J/J。)C(6)利用最小二乘法拟合，得Isc1.2855(J/Jo)0.1722，相关系数r0.9985；Uoc0.2013ln(J/Jo)3.9207，相关系数r0.9973。从最小二乘法拟合中，可知对短路电流Isc和开路电压Uoc关系式(5)式和(6)式成立。FB736型太阳能电池特性实验仪使用说明书一.概述：能源的重要性人人皆知，由于煤、石油、天然气等主要能源的大量消耗，能源危机已成为世人关注的全球性问题。为了经济持续发展及环境保护，人们正大量开发其它能源如水能、风能及太阳能的利用。其中以硅太阳能电池作为绿色能源其开发和利用大有发展前景。本仪器提供的实验，意在提高学生对太阳能电池的特性的认识，学习研究太阳能电池的基本光电特性，学会电学与光学的一些重要实验方法及数据处理方法。可用本仪器做下列实验：1在没有光照时，太阳能电池作为一个