1、2018/9/24,1,硅光电池基本特性的测定,兰州理工大学物理实验中心,2018/9/24,2,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
2、 仪器及材料实验原理 实验内容数据记录及处理 注意事项及思考题,2018/9/24,3,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。,2018/9/24,4,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,2018/9/24,5,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
3、是由能隙为ECEV的半导体构成，如图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1,2018/9/24,6,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）,2018/9/24,7,假定
4、和 ，太阳能电池可简化为图3所示电路。 图3这里， 。在短路时，U0， ；而在开路时，I0， ； ， （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。,2018/9/24,8,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IU特性（直流偏压从03。0V）。 a、画出测量线路图。 b、利用测得的正向偏压时IU关系数据，画出IU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
5、负载电阻下，I对U变化关系，画出IU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出功率时负载电阻。 e、计算填充因子 。,2018/9/24,9,3、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、
6、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。,2018/9/24,10,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,2018/9/24,11,2、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。,2018/9/24,12,【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。,
