太阳能电池特性的测量

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1、太阳能电池特性的测量22024/9/20太阳能电池基本特性的测量n太太阳阳能能是是一一种种新新能能源源，对太太阳阳能能的的充充分分利利用用可可以以解解决决人人类日日趋增增长的的能能源源需需求求问题。目目前前，太太阳阳能能的的利利用用主主要要集集中中在在热能能和和发电两两方方面面。利利用用太太阳阳能能发电目目前前有有两两种种方方法法，一一是是利利用用热能能产生生蒸蒸气气驱动发电机机发电，二二是是太太阳阳能能电池池。太太阳阳能能的的利利用用和和太太阳阳能能电池池的的特特性性研研究究是是21 21 世世纪的的热门课题，许多多发达达国国家家正正投投入入大大量量人人力力物物力力对太太阳阳能能接接收收器器

2、进行行研研究究。因因此此，在在普普通通物物理理实验中中开开设了了太太阳阳能能电池池的的特特性性研研究究实验，介介绍太太阳阳能能电池池的的电学学性性质和和光光学学性性质，并并对两两种种性性质进行行测量量，联系科技开系科技开发实际，有一定的新，有一定的新颖性和性和实用价用价值。n实验目的目的 仪器及材料器及材料n实验原理原理 实验内容内容n数据数据记录及及处理理 注意事注意事项及思考及思考题 32024/9/20实验目的n1. 1. 无光照无光照时，测量太阳能量太阳能电池的伏安特性池的伏安特性曲曲线。n2. 2. 测量太阳能量太阳能电池的池的I I 对U U 的的变化关系化关系, ,短路短路电流、

3、开路流、开路电压、最大、最大输出功率及填出功率及填充因子。充因子。n3. 3. 测量太阳能量太阳能电池的短路池的短路电流、开路流、开路电压与相与相对光光强的关系，求出它的关系，求出它们的近似函数的近似函数关系。关系。42024/9/20实验用仪器及材料n光具座、滑光具座、滑块、白白炽灯、太阳能灯、太阳能电池、光功率池、光功率计、遮光罩、遮光罩、电压表、表、电流表、流表、电阻箱阻箱 52024/9/20实验原理n太阳能太阳能电池在没有光照池在没有光照时其特性可其特性可视为一个二极管，在没有光照一个二极管，在没有光照时其正向偏其正向偏压U U与通与通过电流流I I的关系式的关系式为： (1)(1)

4、 (1) (1)式中，式中，I I0 0 和和是常数。是常数。n由半由半导体理体理论，二极管主要是由能隙，二极管主要是由能隙为ECECEVEV的半的半导体构成，如体构成，如图1 1所示。所示。ECEC为半半导体体电带，EVEV为半半导体价体价电带。当入射光子能量大于能隙。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半，光子会被半导体吸收，体吸收，产生生电子和空穴子和空穴对。电子和空穴子和空穴对会分会分别受到二极管之内受到二极管之内电场的影响而的影响而产生光生光电流。流。 图1 162024/9/20n假假设太阳能太阳能电池的理池的理论模型是由一理想模型是由一理想电流源（光照流源（光照产生光生光电流的流的

5、电流源）流源）、一个理想二极管、一个并、一个理想二极管、一个并联电阻与一个阻与一个电阻所阻所组成，如成，如图2 2所示。所示。 图2 2图2 2中，中，为太阳能太阳能电池在光照池在光照时该等效等效电源源输出出电流，流，为光照光照时，通，通过太太阳能阳能电池内部二极管的池内部二极管的电流。由基流。由基尔霍夫定律得：霍夫定律得： （2 2） (2(2）式中，）式中，I I为太阳能太阳能电池的池的输出出电流，流，U U为输出出电压。由（。由（1 1）式可得，）式可得， （3 3） 72024/9/20n假定假定 和和 ，太阳能，太阳能电池可池可简化化为图3 3所示所示电路。路。 图3 3这里，里，

6、. .在短路在短路时，U U0 0， ；而在开路而在开路时，I I0 0， ； （4 4）（4 4）式即）式即为在在 和和 的情况下，太阳能的情况下，太阳能电池的开路池的开路电压 和和短路短路电流流 的关系式。其中的关系式。其中 为开路开路电压， 为短路短路电流，而流，而I I0 0 、是常数。是常数。82024/9/20实验内容n1 1、在没有光源（全黑）的条件下，、在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能量太阳能电池正向偏池正向偏压时的的I IU U 特性特性（直流偏（直流偏压从从0 03.0V3.0V）。）。 a a、画出、画出测量量线路路图。 b b、利用、利用测得的正向偏得的正向偏压时

7、I IU U 关系数据，画出关系数据，画出I IU U 曲曲线并求得常数并求得常数和和I I0 0 的的值。n2 2、在不加偏、在不加偏压时，用白色光源照射，用白色光源照射，测量太阳能量太阳能电池一些特性。注意此池一些特性。注意此时光光源到太阳能源到太阳能电池距离保持池距离保持为20cm20cm。 a a、画出、画出测量量线路路图。 b b、测量量电池在不同池在不同负载电阻下，阻下，I I 对U U 变化关系，画出化关系，画出I IU U 曲曲线图。 c c、求短路、求短路电流流 和开路和开路电压 。 d d、求太阳能、求太阳能电池的最大池的最大输出功率及最大出功率及最大输出功率出功率时负载电

8、阻。阻。 e e、计算填充因子算填充因子 。92024/9/20n3 3、测量太阳能量太阳能电池的光照效池的光照效应与光与光电性性质。 在暗箱中（用遮光罩在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白光源光），取离白光源20cm20cm水平距离光水平距离光强作作为标准光准光照照强度，用光功率度，用光功率计测量量该处的光照的光照强度度J J0 0 ；改；改变太阳能太阳能电池到光源的池到光源的距离距离x x，用光功率，用光功率计测量量x x处的光照的光照强度度J J，求光，求光强J J与位置与位置X X关系。关系。测量太量太阳能阳能电池接收到相池接收到相对光光强度度J/ JJ/ J0 0不同不同值时，相，相应的

9、的I ISC SC 和和U U0C 0C 的的值。 a a、描、描绘I ISC SC 和相和相对光光强度度 J/JJ/J0 0 之之间的关系曲的关系曲线，求，求I ISC SC 和与相和与相对光光强J/ JJ/ J0 0 之之间近似关系函数。近似关系函数。 b b、描、描绘出出U U0C0C和相和相对光光强度度J/ JJ/ J0 0之之间的关系曲的关系曲线，求，求U U0C 0C 与相与相对光光强度度J/ JJ/ J0 0 之之间近似函数关系。近似函数关系。 102024/9/20n2 2、在在不不加加偏偏压时，在在使使用用遮遮光光罩罩条条件件下下，保保持持白白光光源源到到太太阳阳能能电池池距

10、距离离20CM20CM，测量量太太阳阳能能电池池的的输出出电流流对太太阳阳能能电池池的的输出出电压的的关关系系。太太阳能阳能电池在光照池在光照时，测量量输出功率与出功率与负载电阻的关系。阻的关系。n3 3、测量太阳能量太阳能电池池I ISC SC 和和U U0C 0C 与相与相对光光强J/ JJ/ J0 0的关系。的关系。I/AU/VP/mWR/ KIsc/AJ/J0Uoc/VJ/J0112024/9/20n【预习题】 1 1、简述太阳能述太阳能电池的特性和工作原理。池的特性和工作原理。 2 2、画出、画出实验内容内容1 1和和2 2所需的所需的电路路图。 n【注意事注意事项】 1 1、连接接电路路时，保持太阳能，保持太阳能电池无光照条件。池无光照条件。 2 2、避免太阳光照射太阳能、避免太阳光照射太阳能电池。池。 3 3、连接接电路路时，保持，保持电源开关断开。源开关断开。