太阳能电池基本特性测定实验

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1、太阳能电池基本特性测定实验太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法，一是利用热能产生蒸气驱动发电机发电，二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。 为此，我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，介绍太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。【实验目的】1. 无光照时，测量

2、太阳能电池的伏安特性曲线2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，对变化关系，画出曲线图；并测量太阳能电池的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子3. 测量太阳能电池的短路电流与相对光强的关系，求出它们的近似函数关系。【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱【实验原理】太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流的关系为 (1)其中是二极管的反向饱和电流,是理想二极管参数,理论值为1。是玻尔兹曼常量,为电子的电荷量,为热力学温度。（可令）由半导体理论知,二极管

3、主要是由如图所示的能隙为的半导体所构成。 为半导体导电带，为半导体价电带。 当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。 电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。光电流示意图太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压外, 还有最大输出功率和填充因子。最大输出功率也就是的最大值。填充因子定义为 (2)是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。【实验内容及步骤】1.在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的特性（直流偏压从）（1）连接电路图。图1（2）利用测得的正向偏压时关系数据，画出曲线并

4、求出常数和的值。2.在不加偏压时，用白色光照射，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（1）连接电路图。图2（2）测量电池在不同负载电阻下，对变化关系，画出曲线图。（3）求短路电流和开路电压。（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3.测量太阳能电池的光电效应与电光性质在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白光源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;改变太阳能电池到光源的距离，用光功率计测量该处的光照强度，求光强与位置关系。测量太阳能电池接受到相对光强度不同值时，相应的和的值。（1） 设计测量电路图，并连接。（2）

5、测量太阳能电池接受到相对光强度不同值时，相应的和的值。（3） 描绘和与相对光强之间的关系曲线，求和与相对光强之间的近似关系函数。【数据记录及处理】1全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性2.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.82.在不加偏压时，在使用遮光罩条件下，保持白光源底座到太阳能电池底座距离25CM，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。并得到和开路电压, 还有最大输出功率和填充因子U(v)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0I(mA)U(v)2.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0I(mA)= = = = 3.测量太阳能电池和与相对光强的关系。= (mW)0.20.40.60.81.01.2(mW)(mA)(V)（mA）【注意事项】 1. 连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。2. 避免太阳光照射太阳能电池。3. 第二、三个实验内容中连接电路时，保持电源开关断开。【思考题】1. 设计电路，利用两节干电池，一个电压表，一个电阻箱来测量太阳能电池在全黑的条件下的伏安特性曲线。2. 两个太阳能电池串联，测量它们的伏安特性曲线，填充因子。3. 两个太阳能电池并联，测量它们的伏安特性曲线，填充因子。