实验T太阳能电池特性的测量

实验T太阳能电池特性的测量（以下是厂家提供的湘）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，作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路电流（I）、开SC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。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。【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）、导线若干、遮光罩1个、单刀双掷开关1】,广|炽灯光掠；盐光功率计探头】,广|炽灯光掠；盐光功率计探头湛.噌盒〔内波太阳能电池4光功卓计致是窗口潟光功率计信号输入接口;乱直流稳地咆源E3输也插岛。.滑块：8跳具廨导状）；。•毫米到费尺口札光学吏架.图4FE-珈型太阳能特性实验技实物照片及筒要说明个，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的关系光子图1电子和•空■穴卉电场的作用下产车光电流亍带Fc价带Ev式为:式为:I=I•(epu-1)（1）式中，I和P是常数。O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，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R与一个电阻R所组成，如图2所示。sh s图2中，I为太阳能电池在光照时的等效电Ph源输出电流，极管的电流。Id为光照时通过太阳能电池内部二由基尔霍夫定律得：图2太阳能电池的理论模型电路图并联电阻R与一个电阻R所组成，如图2所示。sh s图2中，I为太阳能电池在光照时的等效电Ph源输出电流，极管的电流。Id为光照时通过太阳能电池内部二由基尔霍夫定律得：图2太阳能电池的理论模型电路图IpbIR+U-（Ih-Id-I）Rh=0（2）式中，I为太阳能电池的输出电流(2)U为输出电压。由（1）式可得，I(1+A=Iph-!f

sh sh(3)假定Rsh=8和Rs=0，太阳能电池可简化为图3所示电路。I=Iph-I(l这里，】TphfT-T（epu-1）。ph0在短路时，u=0，S'(T)叮而在开路时，I=0ISC-I0(ea=0；（4）图（4）图3太阳能电池的简化电路图1 I 一•-U =—ln[—+1]°CP I0（4）式即为在Rsh=8和RS=O的情况下，太阳能电池的开路电压U°c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I0、P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〜U特性，用实验测得的正向偏压时I〜U关系数据，画出I〜u曲线并求得常数p和I0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。（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I〜U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［FF=P/y•Uoc）］。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J。;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，求光强」与位置x的关系。测量太阳能电池接收到相对光强度J/人不同值时，相应的Isc和U°c的值。⑴描绘Isc和相对光强度叫之间的关系曲线，求Isc和与相对光强J/Jo之间近似关系函数。（2）描绘出U°c和相对光强度」/」。之间的关系曲线，求U°c与相对光强度J/Jo之间近似函数关系。【实验数据表格】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【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5全暗时太阳能电池在外加偏压时的伏安特性测量 图'全喂时太阳锥4池在外加偏压Dj的伏宣特置掬量电路之一表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)Ui(V)U2(mV)Ig)InI若用户备有0〜3.0V直流可调电源，则可采用图6实验线路：正向偏压在0〜3.0V变化条件下，用R=1000Q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U1(V)U2(mV)Ig由4=e两-1，当U较大时，epu>>1，即lnI=PU+Ini由最小二乘法，将表中最后几点数据处理得:I 00求出：P,I0和相关系数r值。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R(O)U1(V)I(mA)P(mW)R(O)U1(V)I(mA)P(mW)20044003004600400480060050008005500100060001200650014007000160075001800800020008500220090002400100002600200002800300003000400003200500003400600003600700003800800004000900004200测量太阳能电池1睡和UOC与相对光强J/J0的关系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/J0的关系光源距离x(mm)J(mW)J/J0I(mA)Uoc(V)

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R(kQ)U1(V)U2(mV)Ig)Ini42.612.510.4911.502.4430.152.590.4113.602.6121.602.650.3516.202.7913.572.730.2719.902.998.942.790.2123.503.165.452.850.1527.503.312.042.930.0734.303.540.003.000.0040.803.71

图r(2全暗情况F太阳能电池外加偏床时的伏安特忤半对数曲线阡2.6361VT,1。=15.2xIkmA，相关系数r=0.9996，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U1(V)0.4001.4982.0342.2862.4102.488U2(mV)0.010.391.402.533.464.16Ig0.010.391.402.533.464.16U1(V)2.6012.6542.7272.7872.8532.928U2(mV)5.466.217.498.7910.4112.76Ig5.466.217.498.7910.4112.76由!=epu-1，当U较大时，epu>>1，即lnI=pU+lnI由最小二乘法，将表2中最后6点数据I 00处理得以下结果：p=2.60V-1，I0=6.28x10-6mA,相关系数r=0.9998。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(O)U1(V)I(mA)P(mW)R(O)U1(V)I(mA)P(mW)2000.2251.12500.253144003.460.78642.72083000.3411.13670.387646003.490.75872.64794000.4571.14250.522148003.510.73132.56676000.6831.13830.777550003.530.70602.49228000.9111.13881.037455003.580.65092.330310001.1381.13801.295060003.620.60332.184112001.3641.13671.550465003.640.56012.038414001.5911.13641.808170003.670.52431.9241

16001.8171.13562.063475003.690.49211.815518002.051.13892.334780003.710.46381.720520002.271.13502.576585003.720.43761.628022002.491.13182.818290003.730.41441.545924002.691.12083.0150100003.760.37611.413826002.871.10383.1680200003.850.19250.741128003.011.07503.2358300003.880.12930.501830003.111.03673.2240400003.90.09750.380332003.190.99693.1800500003.910.07820.305834003.260.95883.1258600003.920.06530.256136003.320.92223.0618700003.930.05610.220638003.360.88422.9709800003.940.04930.194040003.410.85112.8910900003.940.04380.172542003.430.81672.8012图N在恒定光照卜-太阳能电池不加偏压时的伏安特性曲统圈9恒定光强无偏压时太阳能电池输出助率与负裁电阻关系曲线表4太阳能电池Isc和"CM对光强J/J。的关系

光源距离x（mm）J(mW)J/J0Isc(mA)uoc（v）151.6791.001.433.91201.4600.869571.283.89231.2640.752831.143.86251.1050.658131.033.83270.9600.571770.933.81290.8500.506250.843.79300.7500.446690.773.77310.6110.363910.653.73320.5000.297790.563.68330.4180.248960.493.65340.3320.197740.413.59350.2370.141160.323.51图1。太阳能电池短路电流与相对光强的关系曲线图图11（，）太阳能电池开路电压与相对光强的关系曲线从图10和图11中找出ISC及UOC与相对光强J/J0的近似函数关系为：Is广A(J/J0) (5)U=BIn(J/J0)+C (6)利用最小二乘法拟合，得1睡=1.2855J/J。)+0.1722，相关系数r=0.9985；U=0.2013In(J/J)+3.9207，相关系数r=0.9973。从最小二乘法拟合中，可知对短路电流I和图切太阳能电池开路电压与相对光强犬系的半对■教曲线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