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1、光伏效应试验汇报 篇一：篇一：半导体光伏效应试验试验4 半导体光伏效应试验本试验以单晶硅太阳能电池为例，经过试验让学生了解太阳能光伏电池的机理，学习和掌握测量短路电流的方法和技巧，和光电转换的基础参数测量。一、试验目标1、初步了解太阳能电池机理2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系 3、在恒定光照下测量光电流、输出功率和负载之间关系二、试验原理在p型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n结（图1），因为光照，在a 、b电极之间出现一定的电动势。在有外电路时，只要光照不停止，就会源源不停地输出电流，这种现象称为光伏效应。利用它制成的元器件称之为太阳能电池。光伏效应最重大的应
2、用是能够将阳光直接转换成电能，是当今世界众多国家致力研究和开拓应用的课题。从光伏效应的机理可知，太阳能电池输出的电流il是光生电流ip和在光生电压vp作用下产生的p-n结正向电流if之差，即il?ip?if 。依据p-n结的电流和电压关系qvpif=is（ekt- 1)is为反向饱和电流 ，式中vp是光生电压。因此输出电流qvpil=ipis(ekt- 1) (1)此即光电流表示式。通常ipis，上式括号内的1可忽略。对于太阳能电池有外加偏压时，（1）式应改为qv图1 光伏效应结构示意图il=il+i=il+is(ekt- 1)（2）qv上式中is(ekt- 1)，就是p-n结在外加偏压v作用
3、下的电流。图2中的(a)(b)两条曲线分别表示无光照和有光照时太阳能电池的i-v 特征，由此可知，太阳能电池的伏安特征曲线相当于把p-n结的伏安特征曲线向下平移，它在横轴和纵轴的截距分别给出了voc和isc 。图2太阳能电池的伏安特征试验表明：在v=0情况下，当太阳能电池外接负载电阻rl，其输出电压和电流均随rl改变而改变。只有当rl取某一定值时输出功率才能达成最大值pm，即所谓最好匹配阻值rl?rlb，而rlb则取决于太阳能电池的内阻ri=vocvocisc因和isc均随光照强度的增强而增大，所不一样的是voc和光强的对数成正比，isc和ri全部是太阳能电池的主要参数，最大输出功率pm和vo
4、c和isc乘积之比ff=pmvocisc和光强(在弱光下)成正比 ，因此ri亦随光强度改变而改变。图3所表示。voc 、 isc(3)ff是表征太阳能电池性能优劣的指标，称为填充因子 。ff越大，太阳能电池的转换效率就越高。ff最大值约为0.750.85。太阳能电池的等效电路(图4)，在一定负载电阻rl范围内能够近似地视为一个电流源ips和内阻ri并联，和一个很小的电极电阻rs串联的组合。图3 开路电动势、短路电流和光强关系曲线 图4 太阳能电池等效电路四、试验方法1、光强调整和强度的表示本试验所用光源为led(发光二极管)，依据led的输出功率和驱动电流呈线性关系，利用改变led的静态工作电
5、流确定光强的相对值。仪器设定led的工作电流调整范围为0-20ma ，对应显示器上的数值为0-2021 。也可用“归一”法表示光强，即设jm为最大光强，j为改变后的光强，则 j/jm为无量纲的相对光强。2、 标尺的设定为了调整光源和光电池的间距和试样表面光照的均匀度，设置了水平及垂直方向可调的标尺。选择三色发光管中任一颜色光源，接通led驱动电源，调整id指示为1000左右，功效切换开关置voc档。将水平标尺调到10mm左右；再调垂直标尺，使开路电压voc达成最大值，并保持该状态直至该颜色光源的全部试验完成为止。因为三色led的发光中心不在同一点，因此对不一样颜色光源，全部应根据上述方法重新调
6、试垂直标尺。3、 led驱动电流源粗调和细调旋钮的使用id的调整经过粗调和细调旋钮来实现。细调旋钮只在id输出较高时起作用，如id显示为1900时，最终一位“0”可能会跳动，这时可经过调整细调旋钮使其稳定。五、试验内容1、测量开路电动势voc和光强id的关系测量线路图5所表示。将功效切换开关打到voc档，然后将面板上voc(毫伏表)正、负输入端和pv装置的太阳能电池正、负输出端对应连接。按试验所需光源颜色，接通led驱动电源。并调整标尺找到试验最好工作状态。调整id= 0（马上粗调和细调旋钮旋至最小），此时因为pv装置不完全密封（如导线的入口处），可能有光线漏进装置中,使得voc显示不为0。调
7、整id测量不一样光强下，太阳能电池的开路电动势voc 。将数据记入表1,并绘制vocid曲线，说明其关系。图5 测量开路电压voc线路图表12、短路电流isc的测量测量线路图图6所表示。将功效切换开关打到isc档(注：在开启“dc 0-1v电源”前请先确认i0旋钮旋转到最小处，以防在瞬间接通时us处于较大值，损坏太阳能电池)；调整dc 0-1v电源us输出，使微安表读数i0为10.00-18.00?a（提议取10.00?a）。在某一光强id下，改变可调电阻r ，使流过检流计（g）的电流ig为零。此时ab两点之间和ac两点之间的电压应相等,即vab=vac 。因此ir=i0r0,即短路电流isc
8、=i=i0r0r(r0为微安计内阻，为10k?)图6 测量短路电流isc线路图测量不一样红光光强下，短路电流isc和光强id的关系，将数据记入表2，并绘制iscid 曲线，说明其关系。表23、按下式求出太阳能电池的内阻ri，并绘制riid曲线（自拟表格），说明其关系。 ri?vocisc4、流过负载电流il和负载两端电压vl关系测量选择红光光源进行试验。测量线路图7所表示。r*为试验仪上标示的il取样电阻，为10 k；rl为功效切换开关打到il档 。太阳能电池在恒定光照下(取id约为1000)，测量在不一样负载电阻rl时流过的电流il和输出电压vl=il?rl?r? ,将数据记入表3，并绘制i
9、lvl曲线 。*图7 负载特征测量线路图图8 光电流和负载电阻两端电压关系曲线计算不一样负载电阻下输出功率p，即p=vlil，并绘出prl曲线 ，说明其关系，确定pm时的rlb及填充因子ff?pmvocisc表3篇二：光电效应测普朗克常量试验汇报三、 试验原理 1. 光电效应当一定频率的光照射到一些金属表面上时，能够使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。所产生的电子，称为光电子。光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便取得这光子的全部能量hv，假如这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功w，电子就会从金属中逸出。根据能量守恒原理有：（1）上
10、式称为爱因斯坦方程，其中m和?m是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面后所含有的最大动能。它说明光子能量hv小于w时，电子不能逸出金属表面，因此没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率v0=w/h，称为光电效应的极限频率（又称红限）。不一样的金属材料有不一样的脱出功，因此0也是不一样的。由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必定也越大，因此即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，全部光电子全部不能抵达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位 被称为光电效应的截止电压。显
11、然，有代入（1）式，即有（3）由上式可知，若光电子能量则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是（2）通常称为光电效应的截止频率。不一样材料有不一样的逸出功，因此也不一样。因为光的强弱决定于光量子的数量，因此光电流和入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，因此光电子取得的能量和光强无关，只和光子 的频率成正比，将（3）式改写为（4）上式表明，截止电压是入射光频率 的线性函数，图2，当入射光的频率时， 截止电压，没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数：（5）由此可见，只要用试验方法作出不一样频率下的经过式（5）求出普朗克常数 h。其中 曲线，并求出此曲线的斜率，就能够是
12、电子的电量。图2 u0-v 直线2. 光电效应的伏安特征曲线图3是利用光电管进行光电效应试验的原理图。频率为、强度为p的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极k和阳极a之间加正向电压，它使k、a之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，伴随电压的增加，抵达阳极的光电子将逐步增多。当正向电压增加到时，光电流达成最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。图3 光电效应原理图因为光电子从阴极表面逸出时含有一定的初速度，因此当两极间电位差为零时，仍有光电流i存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之降低；当反向电压达成截止电压时，光电流为零。图4 入
13、射光频率不一样的iu曲线 图5 入射光强度不一样的iu曲线 爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，因此试验中存在着以下问题：(1） 暗电流和本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室内多种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。暗电流和本底电流伴随k、a之间电压大小改变而改变。（2） 阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，因此光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。因为它们的存在，使得i
14、u曲线较理论曲线下移，图6所表示。图6 伏安特征曲线五、 数据统计和处理 1、零电流法测h第一组：普朗克常数：6.65js 误差0.30%第二组：普朗克常数：6.64第三组：普朗克常数：6.642、赔偿法测h普朗克常数：6.68js 误差0.88%js 误差0.26% js 误差0.21%3、伏安特征曲线 见下页。六、思索讨论1、什么是光电效应，及内，外光电效应和单光子，多光子光电效应。当一定频率的光照射到一些金属表面上时，能够使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。所产生的电子，称为光电子。常说的光电效应是外光电效应，即电子从金属表面逸出。内光电效应是光电效应的一个，主要因为光量子作用，引发物质电化学性质改变。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。光电导效应：当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应：当一定波长的光照射非均匀半导体（如pn结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压。篇三：有关多种物理效应试验专题的汇报有关多种物理效应试验专题的汇报摘要：本文关键对多种物理效应试验专题（液晶电光效应、太阳能电池伏安特征的测量、光电效应）作简明的原理介绍，同时对试验结果进行了论述和分析，而且由试验结果分析得到相关试验结论。最终分析了各试验的应用前景。关键词：液晶电光效应、太阳能电池伏安特征
