实验五硅光电池特性研究

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1、实验五硅光电池特性研究太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类口趋增长的能源需求问题。目前，太阳能的利用主耍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人最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A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】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

2、池的短路电流Ac、开路电压%、最人输出功率人nax及填充因子尸尸3、测量太阳能电池的短路电流Q、开路电压“0C与相对光强〃人的关系，求出它们的近似函数关系。【实验仪器】光具座组件、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光臥硅光电池测试仪【实验原理】太阳能电池在没冇光照时其特性可视为一个二极竹，在没冇光照时其正向偏压U与通过电流I的关系式为：（1）（1）式中，厶和0是常数。由半导体理论，二极管主要是rh能隙为伐一Q的半导体构成，如图1所示。屁为半导体导电带，②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，产牛电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二

3、极管之内电场的影响而产生光电流。光子◎电子能隙°空穴导电带1Ec价电带'Ev图1假设太阳能电池的理论模型是山一理想电流源（光照产牛光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻R’h与一个电阻&所组成，如图2所示。图2图2中，/处为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，匚为光照时，通过太阳能电池内部二极管的电流。山基尔霍夫立律得：久（2）（2）式中，I为太阳能电池的输出电流，U为输出电压。由（2）式可得，(3)假定心=00和Rs=0,太阳能电池可简化为图3所示电路。这里，1=5厂打=1叮1。（严7。在短路时，U=0,Ii）h=Isc；而在开路时，1=0,

4、Isc-I^epu--1）=0；Uoc=+川+1］，P(4)（4）式即为在/?必=8和人=0的情况下，太阳能电池的开路电压"oc和短路电流Ac的关系式。其中t/°c•为开路电压，/憶为短路电流，而A）、0迢常数。【实验内容与步骤】1在没冇光源（全黑）的条件下，将太阳能电池连入硅光电池测量仪的暗箱线路（左侧）,插上电源，将硅光电池测屋仪上的开关打到暗箱线路，调节旋纽nJ改变负载电阻的大小，测量太阳能电池止向偏压时的/一〃特性（直流偏压从0—3.0V）oa、画岀测量线路图。b、利用测得的正向偏压时/—〃关系数据，画出〃曲线并求得常数0和的值。2、在不加偏压

5、时，用白色光源照射，将太阳能电池连入硅光电池测量仪的光照线路（右侧），同时将硅光电池测量仪上的开关打到光照线路，调节旋纽町改变负载电阻的大小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,Z对〃变化关系,画出/一〃曲线图。C、求短路电流/sc和开路电压“OCd、求太阳能电池的最大输出功率及最人输出功率时的负载电阻。e、计算填充因子FFJ3、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），取离口光源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丿（）；改

6、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。测最太阳能电池接收到相対光强度为（不同值时，相应的Q和“OC的值。和与相对光强为°之间近似关纸描绘Ac和相对光强度%0之间的关系曲线，求/系函数。求与相对光强度为。之间近b、描绘出t/g和相对光强度%之间的关系曲线，似函数关系。【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，

7、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，填充因了。