太阳能开放性实验报告

1、 浙江科技学院开放实验报告太阳能电池基本特性的测量 学 院： 专 业： 姓 名（学号）： 指 导 教 师： 理学院实验中心太阳能的利用和太阳能电池特性研究是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】1 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

2、特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。2 测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作伏安特性曲线图，由图求得它的短路电流()、开路电压()、最大输出功率及填充因子。填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。3 测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流和相对光强度之间关系，画出与相对光强之间的关系图；测量开路电压和相对光强度之间的关系，画出与相对光强之间的关系图。【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与通过电流的关系式为： (1)(1)式中，和是常数。由半导体理论，二极管主要是由能隙为的半导体构成，如图所示。为半导体导电带，为半导体价电带。当入射光

3、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、一个并联电阻与一个电阻所组成，如图所示。图中，为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流，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： （2）（2）式中，为太阳能电池的输出电流，为输出电压。由（1）式可得： （3）假定和，太阳能电池可简化为图所示电路。这里，。在短路时，；而在开路时，； （4）（4）式即为在和的情况下，太阳能电池的开路电压和短路电流的关系式。其中为开路电压，为短路电流，而、是

4、常数。【实验装置】光具座及滑块座、具有引出接线的盒装太阳能电池板、数字万用表只（用户自备）、电阻箱只（用户自备）、碘钨灯白光光源只（功率）、型传感器专用信号源直流连续可调有短路保护及延时恢复功能、方波信号及音频（音乐）信号、导线若干、遮光罩个。【实验内容】1在无光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池施加正向偏压时的特性：（1）按实验要求画出测量的实验线路图；（2）根据正向偏压时关系测量数据，画出曲线并求得常数和的值。2在白光光源照射下，不加偏压，测量太阳能电池光照特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持不变。（1）画出测量线路图。（2）测量电池在不同负载电阻下，对变化关系，画出曲线图。（3）用外推

5、法求短路电流和开路电压。（4）求太阳能电池的最大输出功率和最大输出功率时对应的负载电阻。（5）计算填充因子。3测量太阳能电池的光照特性：在暗箱中（用遮光罩挡光），我们把太阳能电池在距离白光光源的水平距离接受到的光照强度作为标准光照强度，然后改变太阳能电池到光源的距离，根据光照强度和距离成反比的原理，计算出各点对应的相对光照强度的数值。测量太阳能电池在不同相对光照强度时，对应的短路电流和开路电压的值。（1）描绘短路电流和相对光强度之间的关系曲线，求短路电流和与相对光照强之间近似函数表达式。 （2）描绘出开路电压和相对光照强度之间的关系曲线，求开路电压与相对光照强度之间近似函数表达式。【实验数据范

6、例】（注：以下数据仅供实验时参考，不作为仪器验收标准，）1 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和太阳能电池的输出电压 ：测量电路如图所示，改变电阻箱的阻值，用万用表量出各种阻值下太阳能电池与电阻箱两端的电压，算出电流测量结果如表所示：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50.00 0.62 2.32 46.40 3.837 45.00 0.66 2.28 50.67 3.925 40.00 0.70 2.23 55.75 4.021 35.00 0.76 2.18 62.29 4.132 30.00 0.82 2.12 70.67 4.258 25.0

7、0 0.90 2.04 81.60 4.402 20.00 1.00 1.95 97.50 4.580 15.00 1.13 1.82 121.33 4.799 8.00 1.43 1.52 190.00 5.247 5.00 1.65 1.30 260.00 5.561 2.00 2.06 0.89 445.00 6.098 1.00 2.32 0.62 620.00 6.430 0.00 2.94 0.00 785.69 6.667 根据图可以看到，电流与电压的指数关系得到验证。如果用可调直流电源，则可采用图实验电路：正向偏压在变化条件下，电阻箱固定取 。实验步骤与表格请同学自拟。2.不加

8、偏压，在使用遮光罩条件下，保持白光源到太阳能电池距离，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，测量电路与图一样。测量结果如表所示：表恒定光照下太阳能电池在不加偏压时伏安特性数据记录W50.95 81.9 77.8 101.50 80.4 120.6 151.75 79.4 139.0 202.12 77.9 165.1 252.49 75.6 188.2 302.85 73.8 210.3 353.10 72.4 224.4 403.38 70.9 239.6 453.70 68.9 254.9 504.05 66.9 270.9 554.23 64.8 274.1 604.35

9、 62.1 270.1 654.44 59.4 263.7 704.50 56.7 255.2 754.55 54.0 245.7 804.59 51.5 236.4 854.62 49.2 227.3 904.67 47.0 219.5 954.68 45.1 211.1 1004.69 44.2 207.3 1504.80 30.9 148.3 2004.84 23.4 113.3 5004.94 9.7 47.9 8005.00 6.1 30.5 10005.01 5.0 25.1 由图9得短路电流Isc=62.1mA，开路电压Uoc=4.35V。太阳能电池在光照时，输出功率与负载电阻的

10、关系如图所示，由图可得到最大输出功率：P=274.1mW，此时负载电阻，于是得填充因子如下： FF=Pm/(Isc×Uoc)=274.1×10-3/(0.621×4.35)=0.101。3测量太阳能电池短路电流和开路电压与灯与太阳能电池距离Xi 的相对关系，对于短路电流可以直接用万用表的电流档测量，开路电压可以直接用万用表的电压档测量。把测量结果记录在表中：表 太阳能电池短路电流、开路电压与相对光照强度对应关系灯与太阳能电池距离相对光照强度500.4000.0219 4.57 480.4170.0235 4.60 460.4350.0249 4.62 440.45

11、50.0267 4.65 420.4760.0288 4.67 400.5000.0310 4.70 380.5260.0334 4.73 360.5560.0363 4.76 340.5880.0396 4.79 320.6250.0433 4.82 300.6670.0477 4.86 280.7140.0527 4.90 260.7690.0585 4.93 240.8330.0657 4.98 220.9090.0740 5.03 201.0000.0850 5.10 从图和图中找出短路电流、开路电压与相对光强的近似函数关系为： (5) (6)利用最小二乘法拟合，得Isc=0.105167*(J/J0)-0.02017，