太阳能电池特性实验

1、实验、太阳能电池特性研究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。测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作出伏安

2、特性曲线图，从图中求得它的短路电流(1睡)、 TOC o 1-5 h z 开路电压(Uoc)、最大输出功率Pm及填充因子FF，FF = Pm/(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。m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/J0之间的关系，画出uoc与相对光强J/J0 之间的关系图。OCOC【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： HYPERLINK l bookmark13 o Curr

3、ent Document I = I (epu -1)(1)式中，I。和P是常数。由半导体理论，二极管主要是由能隙为Ec - Ev的半导体构成，如图1所示。Ec为半导体导电 带，E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。电图1电子和空穴在电场的作用下产生光电流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X一个理想二极管、个并联电阻R与一个电阻R所组成，如图2所示。 shs为图3所（4）式即为在RSh =8和RSffi2太阳能电池的理论模型电路图图2中，Iph为太阳能电池在光照时的

4、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：IR + U-（I h -Id -I）Rh = 0（2）（2）式中，I为太阳能电池的输出电流，U为输出电压。由（1）式可得，I（1 + 土） = I -旦-1（3）R h ph R h d假定Rsh =s和Rs = 0，太阳能电池可简化 示电路。这里，I = I h -七=I h -I0（ePU -1）。在短路时，u = 0，Iph = Isc ；而在开路时，I = 0，Isc - I0（epuoc- 1） = 0 ；1I-U= lnf +1（4）oc B I0=0的情况下，太阳能电池的开路电压UOC和短路电流y

5、的关系式。其中UOC为开路电压，ISC为短路电流，而I0、B是常数。CSC【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、数字万用表1只(用户自备)、电阻箱1只(用 户自备)、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)、三基色滤色1.白炽灯光源；？.光功率计探头;3.暗盒(内装太阳能电池;4.光功率计数显窗口;5.光功率计信号输入接口;6.直流稳压电源0V)输出插座；巳滑块&8.光具座(导轨9.毫米刻度尺;成光学支架。图4 FBF36型太阳能特性实验使实物照片及简要说明片、导线若干、遮光罩1个、单刀双掷开关1个。【实验内容】在没有光源(全黑)的条件下，测量

6、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关系数据，画出IU曲线并求得常数P和I。的值。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。画出测量实验线路图。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。用外推法求短路电流Isc和开路电压UOC。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。计算填充因子FF = P/y Uoc)。 测量太阳能电池的光照特性:：0OC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J。；改变太阳能电池到光源的距

7、离x，用光功率计测量x处的光照强度J，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。描绘isc和相对光强度j/j0之间的关系曲线，求I；和与相对光强j/j0之间近似关系函数。描绘出Uqc和相对光强度J/J0之间的关系曲线，求Uoc与相对光强度J/J0之间近似函数关 系。【实验数据表格】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：I阻箱rife图5全暗时太阳能电池在外加偏压时的伏

8、安特性测量表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R(kQ)U1(V)U2(mV)SA)lnI403020108520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。把测量结果记录到表2。表2恒定光照下太阳能电池在不加偏压时伏安特性数据记录R（。）U1(V)I(mA)P(mW)R（。）U1(V)I(mA)P(mW)2004400300460040048006005000800550010006000120065001400700016007500180080002000850022009000

9、24001000026002000028003000030004000032005000034006000036007000038008000040009000042003.测量太阳能电池Isc和U与相对光强J/J0的关系，用光强计先测定出距离光源为15cm时的光 强值J0,再测定不同光源距离时的光强值J。短路电流Isc可以直接用万用表的直流电流档量出，开路 电压Uoc则直接用万用表的直流电压档量出。把测量结果记录到表3中：表3太阳能电池Isc和气与相对光强J/Jo的关系光源距离x(cm)J(mW)J/J0Isc (mA)U,)15182124273031323334FB736型太阳能电池特性

10、实验仪使用说明书概述：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：在没有光照时，太阳能电池作为一个二极器件（类似二极管），测量在正向偏压时该二极器件的伏 安特性曲线，并求出其正向偏压时，电压与电流关系的经验公式。2 .测量太阳能电池的短路电流

11、Isc、开路电压U、最大输出功率Pm及填充因子FF FF = P /（Isc UOC）。测量太阳能电池的短路电流Isc、开路电压UOC与相对光强J/J0的关系，求出它们的近似函数关 系。本仪器可用于高校基础物理实验及设计性、研究性的物理实验，也可用于中学生物理奥林匹克竞 赛培训等使用。仪器简介：本实验仪器主要由射灯形白炽灯光源（40W ）、光具座、带暗盒的太阳能电池、光功率计（带3V 直流稳压电源）、电阻箱1只（自备）、数字式万用电表1只、三基色滤色片3个、遮光罩1个、导线 若干等组成：L白炽灯光源；2.光功率计探头暗盒（内装太阳能电池;4.光功率计数显窗口;5.光功率计信号输入接口;6.直流稳压电源（3V）输出插座两.滑块；8.光具座（导轨; 9.毫米刻度尺;以光学支架“图1FB-36型太阳能特性实验牧实物照片及简要说明图2放在有机玻璃遮光罩中的FB-36型太阳能特性实验仪实物照片技术指标：式导轨光具座1个：铝合金材料，表