1、2020 5 8 1 硅光电池基本特性的测定 兰州理工大学物理实验中心 2020 5 8 2 硅光电池基本特性的测定 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 因此 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 联系科技开发实际 有一定的新颖性和实用价值 实验目的仪器及
2、材料实验原理实验内容数据记录及处理注意事项及思考题 2020 5 8 3 实验目的 1 无光照时 测量太阳能电池的伏安特性曲线2 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 开路电压与相对光强的关系 求出它们的近似函数关系 2020 5 8 4 实验用仪器及材料 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 2020 5 8 5 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的关系式为 1 1 式中 I0和 是常数 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
3、图1所示 EC为半导体电带 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 图1 2020 5 8 6 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 一个并联电阻与一个电阻所组成 如图2所示 图2图2中 为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流 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 2 2 式中 I为太阳能电池的输出电流 U为输出电压 由 1 式可得 3 2020 5 8 7 假定和 太阳能电池可简化为图3所示电路 图3这里 在短路时 U 0 而在
4、开路时 I 0 4 4 式即为在和的情况下 太阳能电池的开路电压和短路电流的关系式 其中为开路电压 为短路电流 而I0 是常数 2020 5 8 8 实验内容 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I U特性 直流偏压从0 3 0V a 画出测量线路图 b 利用测得的正向偏压时I U关系数据 画出I U曲线并求得常数 和I0的值 2 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 a 画出测量线路图 b 测量电池在不同负载电阻下 I对U变化关系 画出I U曲线图 c 求短路电流和开路电压 d 求太阳能电池的最大输出功率及最大输
5、出功率时负载电阻 e 计算填充因子 2020 5 8 9 3 测量太阳能电池的光照效应与光电性质 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J0 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J与位置X关系 测量太阳能电池接收到相对光强度J J0不同值时 相应的ISC和U0C的值 a 描绘ISC和相对光强度J J0之间的关系曲线 求ISC和与相对光强J J0之间近似关系函数 b 描绘出U0C和相对光强度J J0之间的关系曲线 求U0C与相对光强度J J0之间近似函数关系 2020 5 8 10 数据记录及处理 1
6、全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性 2020 5 8 11 2 在不加偏压时 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电流对太阳能电池的输出电压的关系 太阳能电池在光照时 测量输出功率与负载电阻的关系 3 测量太阳能电池ISC和U0C与相对光强J J0的关系 2020 5 8 12 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 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
