太阳能电池基本特性的测量

太阳能电池基本特性的测量

【实验简介】

太阳能的利用和太阳能电池特性研究是21世纪新型能源开发的重点课题。目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已应用于许多民用领域，如太阳能汽车、太阳能收音机、太阳能电站，目前太阳能作为一种清洁、绿色的再生能源有着广泛的应用前景。本实验主要研究太阳能电池的基本特性、吸收光能转变为电能的特性。 【实验目的】

（1）测定太阳能电池在无光照条件下的伏安特性，验证它与二极管具有相同的特性 （2）测定太阳能电池在光照时的输出特性，并求出短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子

（3）测定太阳能电池随光照变化的特性。 【实验仪器】

光具座、太阳能电池、数字万用表两块、电阻箱、直流电源、光功率计和探头、开关、电路板、导线 【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，正向偏压u与通过电流I的关系为

I?I0(e?u?1)，I0和?是常数。

根据半导体理论，二极管主要是由能隙为Ec?Ev的半导体构成，Ec为半导体电带，Ev为半导体价电带。入射光光子的能量为hv(h为普朗克常数，v为光的频率)，当光子能量hv?Ec?Ev时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对，它们分别受到半导体内电场作用而产生光电流。太阳能电池在工作时的简化电路如图所示，它可等效为一个电流源与二极管的并联。

由图可知：I?Iph?Id?Iph?I0(e当输出短路时：u?0 短路电流I?Isc?Iph

当输出开路时：I?0 代入上式得：

?uI Iph Id u ?1)

Iph?I(e?u?1)?0 →Isc?I0(e?uoc?1) uoc为开路电压

【实验内容】

1、在无光照条件下测量太阳能电池正向偏压时的I?U特性 （1）用盖板盖住太阳能电池，使太阳能电池在无光照条件下工作。

（2）按图一连接线路，置电阻箱电阻为1k?，调节电源的输出电压，使太阳能电池两端电压从0.5~3V范围内的变化，分别记下太阳能电池和电阻两端的电压u1和u2。

V1 + 太阳能电池 V2 R u（3）根据I?2式将u2换算成电流I，分别将u1，u2，I填入表（一）中。

R（4）由于实验中u1取值较大， e?u1图一

??1，上式I?I0(e?u?1)可简化为I?Ioe?u1，两边

V + 同时取自然对数得lnI??u1?lnIo。

将曲线拟合成直线方程，作lnI~u1图，由图可得出?和Io。 2、太阳能电池在光照时的输出特性

（1）打开太阳能电池盖，保持光源到太阳能电池板间距离为20cm左右

图二

（2）按图二连接线路，调节电阻箱的阻值并按表中给定的值变化，依次记下电压值，并算出对应的电流值和电阻上所消耗的功率，将数据填入表（二）

(3)用表中数据分别作出I~u和P~R曲线，根据I~u曲线得出短路电流Isc，开路电压

uoc，根据P~R曲线得出最大输出功率Pmax和对应的阻值，计算出太阳能电池重要参数填

充因子FF?Pm IscucoA + 3、测量太阳能电池Isc和uoc与相对光强J/Jo的关系

（1）按图三连接好线路，光能接收探头连接光功率计。保持太阳能电池板与光源的初始距离为20cm左右，此时光功率计显示值为Jo

V 图三

（2）开关断开时电压表显示开路电压uoc，开关接通时电流表显示短路电流Isc。先测出初始位置时的Jo，uoc，Isc，在导轨上连续移动太阳能电池板，依次测出J，uoc，Isc，将数据填入表（三）中。

（3）分别作出Jsc~J/J0和uoc~J/J0曲线。

【实验步骤】（注：写预习报告时留有适当的空白，实验后记录主要的操作过程。）

【数据记录与处理】

表一 无光照条件下测量太阳能电池正向偏压时的I?U特性

U1 U2 I lnI 表二 太阳能电池在光照时的输出特性 阻值(k?) 电压u 电流I 功率P 100 80 60 40 20 10 8 6 4 2 1 0.8 0.4 0.2 表三 测量太阳能电池Isc和uoc与相对光强J/Jo的关系

J(mw) J0? J/J0 Isc(mA) uoc(V) 【注意事项】

1、连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。 2、连接电路时，保持电源开关断开。

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