太阳能电池的测试实验报告(马厂)

近代物理实验报告专业应用物理班级11级(2)班实验名称太阳能电池的测试实验小组成员姓名:实验地点K7-401指导教师马厂实验时间2013年12月日【实验内容】1.测量光照状态下太阳能电池的短路电流Isc、开路电压Uoc、最大输出功率Pm及填充因子FF；2.没有光照的情况下,太阳能作为一个二极管器件,测量在正向偏压的情况下,太阳能电池的伏安特征曲线,求出正向偏压时,电压与电流的经验公式；3.测量太阳能电池的短路电流Isc、开路电压Uoc与相对光强的关系，求出近似函数关系；4.测量不同角度光照下的太阳能电池板的开路电压、短路电流；5.测量太阳能电池板的串联并联特性；6.测量暗状态下的太阳能电池板的伏安特性。【实验仪器】太阳能电池实验主机、太阳能实验机箱、太阳能电池板、连线若干、60W白炽灯一个、挡板图1太阳能电池主机，电器箱【实验原理，实验步骤及实验举例】一、太阳能电池的工作原理太阳能电池又叫光伏电池，它是把外界的光转为电信号或电能。实际上这种太阳能电池是由大面积的PN结形成的，即在N型硅片上扩散硼形成P型层，并用电极引线把P型和N型层引出，形成正负电极。为防止表面反射光，提高转换效率，通常在器件受光面上进行氧化，形成二氧化硅保护膜。短路电流和开路电压是太阳能电池的两个非常重要的工作状态，它们分别对应于和的情况。在黑暗状态下太阳能电池在电路中就如同二极管。因此本实验要测量出太阳能电池在光照状态下的短路电流Isc和开路电压Uoc，最大输出功率PM和填充因子FF以及在黑暗状态下的伏安特性。在=0情况下，当太阳能电池外接负载电阻时，其输出电压和电流均随变化而变化。只有当取某一定值时输出功率才能达到最大值，即所谓最佳匹配阻值，而则取决于太阳能电池的内阻。由于和均随光照强度的增强而增大，所不同的是与光强的对数成正比，与光强(在弱光下)成正比，所以亦随光强度变化而变化。、和都是太阳能电池的重要参数。最大输出功率与和乘积之比，可用下式表示：(1)上式中FF是表征太阳能电池性能优劣的指标，称为填充因子，填充因子一般在0.5~0.8之间。黑暗状态下的太阳能电池工作如图此时加在它上面的正向偏压U与通过的电流I之间关系式为：（2）,式中I0和β是常数，=1.38x10-23x300/1.602X10-19=2.6*10-2V在光照状态下，如果设想太阳能电池是由一理想电流源，一理想二极管，一并联电阻Rsh与一个电阻RS所组成，那么太阳能电池的工作如图：图中Iph为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，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：（3）（3）式中，I为太阳能电池的输出电流，U为输出电压。由（4）式可得（4）假设和太阳能电池可简化为：这里，。在短路时，而在开路时，；可以得到：（5）,（5）式即为在和的情况下，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。二、实验步骤通过以下步骤的实验，学生可以从总了解太阳能电池的光伏特性和二极管特性。（1）打开电机箱，接通光源用电装置的电源。打开白炽灯的电源开关，并把调光器调到最小。（2）将太阳能电池的插头用线连到机箱上相同颜色的插头（注意连接插头时要连接同一块板的两个插头），将拨动开关拨到明状态，加载电压调到0，负载电阻逆时针调到最小，此时电流表上有电流显示，这是外界光产生的光电流。（3）此时将灯源调到最强，调节机箱上负载电阻，由最小调到最大，可以看见光电流及负载电压的变化，每调一次电阻值，都要记录下负载的电压和电流，直到电压在相邻两次到三次调电阻时都保持不变化为止（保持稳定），这说明太阳能电池已经达到其开路状态，把记录下的所有数据填写在如下表格中：表1电压U/V光电流I/A电阻（K）功率P（uW）所得数据为不同负载下，太阳能电池负载的电流和电压，计算出功率和电阻的数值，并绘制图象，找出功率的最大值，利用公式：,计算出太阳能电池的填充因子FF.（4）把可调电阻调到最小，逐步调低白炽灯光强度（改变调光器档位）。每调节一次，把电阻调到最大，记录下此时的开路电压，把电阻调到最小，记录下此时的短路电流，依照此法做几次，直到光强很弱，光电流小到可以近似为零为止。其中光强比值按附件中提供的填入把记录下的所有数据填写在如下表格中：表2光强比值I/uAUOC/V绘制出图象，并分析短路电流与开路电压之间的关系。并绘制图象，分析照度之比与短路电流之间的关系.（5）俯仰角测量：将灯源亮度旋到最亮，调节太阳能电池板的俯仰，电池板分档调节，每档调节100，每调节一次记录太阳能电池板的开路电压及短路电流，比较不同角度照射对太阳能输出的影响。表3角度开路电压短路电流（6）串并联实验：1、串联实验将每个太阳能电池对应的红黑插座用插线串联起来（用插线将左边的太阳能电池的黑插座连到右边太阳能电池的红插座上，并将剩余的两个插座与机箱上对应颜色的插座连接起来)，此时重估光照状态下的测试实验，观察在最大照明状态下单个太阳能电池板的开路电压、短路电流与串联时的区别。并思考实际开路电压与理论上的不同之处。2、并联实验每个太阳能电池对应的红黑插座用插线并联起来（用插线将左边的太阳能电池的插座连到右边太阳能电池相同颜色的插座上，将太阳能板上的插座与机箱上对应颜色的插座连接起来)，此时重估光照状态下的测试实验，观察在最大照明状态下单个太阳能电池板的开路电压、短路电流与并联时的区别。并思考实际短路电流与理论上的不同之处。表41号多晶2号多晶3号单晶4号单晶多晶串联多晶并联单晶串联单晶并联开路电压V短路电流mA（7）关闭白炽灯，封闭太阳能电池的入射孔，使太阳能电池处于全暗状态，并把可调电阻调到最大（阻值根据明状态的计算结果得到），此时负载电压显示负载电阻两端电压，太阳能电池两端电压等于加载电压减去负载电压。此时太阳能电池如同一二极管在工作，给它加正向偏压，由0V到3V，并记录下太阳能电池负载电阻以及太阳能电池的正向偏压的变化，绘制表格如下：表5u1u2()I(uA)由数据绘制图象，把它与二极管加正向偏压下作比较。由,当U较大时，,即由最小二乘法处理。注意：实验原始数据表格、实验所要求的作图及图形关系的描述附在本页之后。教师评语：实验预习：（认真、较认真、一般、较差、