1、2022-11-191太阳能电池特性的测量物理实验中心22022-11-19太阳能电池基本特性的测量n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。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 21 世纪的热门
2、课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器世纪的热门课题，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，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。联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。n实验目的实验目的 仪器及材料仪器及材料n实验原理实验原理 实验内容实验内容n数据记录及处理数据记录及处理 注意事项及思考题注意事项及思考题 32022-11
3、-19实验目的n1.1.无光照时，测量太阳能电池的伏安特性无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线。曲线。n2.2.测量太阳能电池的测量太阳能电池的I I 对对U U 的变化关系的变化关系,短路电流、开路电压、最大输出功率及填短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子。充因子。n3.3.测量太阳能电池的短路电流、开路电压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与相对光强的关系，求出它们的近似函数关系。关系。42022-11-19实验用仪器及材料n光具座、滑块、光具座、滑块、白炽灯、太阳能白炽灯、太阳能电池、光功率计、电池、光功率计、遮光罩、电压表、遮光罩、电压表、电
4、流表、电阻箱电流表、电阻箱 52022-11-19实验原理n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 U与通过与通过电流电流I I的关系式为：的关系式为：(1)(1)(1)(1)式中，式中，I I0 0 和和是常数。是常数。n由半导体理论，二极管主要是由能隙为由半导体理论，二极管主要是由能隙为ECECEVEV的半导体构成，如图的半导体构成，如图1 1所示。所示。ECEC为半导体为半导体电带，电带，EVEV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，产生为半导体价电带。当入射光子能
5、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。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。图图1 1(1)UoII e62022-11-19n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 2所示。所示。图图2 2图图2 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，通过太中，为太阳能电池在光照时该等效电源输
6、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：阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得：（2 2）(2(2）式中，）式中，I I为太阳能电池的输出电流，为太阳能电池的输出电流，U U为输出电压。由（为输出电压。由（1 1）式可得，）式可得，（3 3）()0sphdshIRUIII R(1)sphdshshRUIIIRR72022-11-19n假定假定 和和 ，太阳能电池可简化为图，太阳能电池可简化为图3 3所示电路。所示电路。图图3 3这里，这里，.在短路时，在短路时，U U0 0，；而在开路时，而在开路时，I I0 0，；（4 4）（4 4）式即为在）式即为在 和和
7、的情况下，太阳能电池的开路电压的情况下，太阳能电池的开路电压 和和短路电流短路电流 的关系式。其中的关系式。其中 为开路电压，为开路电压，为短路电流，而为短路电流，而I I0 0 、是常数。是常数。shR 0sR 0(1)UphdphIIIII ephscII0(1)0ocUscIIe01ln1scOCIUIshR 0sR OCUSCIOCUSCI82022-11-19实验内容n1 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、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 IU U 特性特性（直流偏压从（直流偏压从03.0V03.0V）。）。a a、画出测量线路图。、
8、画出测量线路图。b b、利用测得的正向偏压时、利用测得的正向偏压时I IU U 关系数据，画出关系数据，画出I IU U 曲线并求得常数曲线并求得常数和和I I0 0 的值。的值。n2 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、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源到太阳能电池距离保持为20cm20cm。a a、画出测量线路图。、画出测量线路图。b b、测量电池在不同负载电阻下，、测量电池在不同负载电阻下，I I 对对U U 变化关系，画出变化关系，画出I IU U 曲线图。曲线图。c c、求短路电流、求短路电流
9、和开路电压和开路电压 。d 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。、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 e、计算填充因子、计算填充因子 。SCIOCU()mscscPFFIU92022-11-19n3 3、测量太阳能电池的光照效应与光电性质。、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），取离白光源在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白光源20cm20cm水平距离光强作为标准光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照强度，用光功率计测量该处的光照强度J J0 0；改变太阳能电池到光源的；改变太阳能电池到光源的距离距离x x，用
10、光功率计测量，用光功率计测量x x处的光照强度处的光照强度J J，求光强，求光强J J与位置与位置X X关系。测量关系。测量太阳能电池接收到相对光强度太阳能电池接收到相对光强度J/JJ/J0 0不同值时，相应的不同值时，相应的I ISC SC 和和U U0C 0C 的值。的值。a a、描绘、描绘I ISC SC 和相对光强度和相对光强度 J/JJ/J0 0 之间的关系曲线，求之间的关系曲线，求I ISC SC 和与相对光强和与相对光强J/JJ/J0 0 之间近似关系函数。之间近似关系函数。b b、描绘出、描绘出U U0C0C和相对光强度和相对光强度J/JJ/J0 0之间的关系曲线，求之间的关系
11、曲线，求U U0C 0C 与相对光强度与相对光强度J/JJ/J0 0 之间近似函数关系。之间近似函数关系。102022-11-19数据记录及处理n1 1、全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性、全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性U/VI/AI/AU/V112022-11-19n2 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、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离20CM20CM，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。，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。太阳能
12、电池在光照时，测量输出功率与负载电阻的关系。n3 3、测量太阳能电池、测量太阳能电池I ISC SC 和和U U0C 0C 与相对光强与相对光强J/JJ/J0 0的关系。的关系。I/AU/VP/mWR/KIsc/AJ/J0Uoc/VJ/J0122022-11-19n【预习题】【预习题】1 1、简述太阳能电池的特性和工作原理。、简述太阳能电池的特性和工作原理。2 2、画出实验内容、画出实验内容1 1和和2 2所需的电路图。所需的电路图。n【注意事项】【注意事项】1 1、连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。、连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。2 2、避免太阳光照射太阳能电池。、避免太阳光照射太阳能电池。3 3、连接电路时，保持电源开关断开。、连接电路时，保持电源开关断开。
