太阳能电池串并联接法.doc

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1、东华理工大学物理实验报告设计性试验班级:姓名：学号：同组人：日期：成绩：一、实验题目研究太阳能电池的串并联接法，作出输出功率随负载电阻变化的关系图。二、实验目的1.学会并掌握太阳能电池的串并联接法。2.测量并作出太阳能电池输出功率随负载电阻变化的关系曲线图。三、实验仪器THQTN-1型太阳能电池特性测试实验仪，白炽灯。四、实验原理、原理图1．太阳能电池的结构晶体硅太阳能电池以硅半导体材料制成大面积PN结进行工作。一般采用同质结的结构，在N型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极。在整个背面也制作金属膜，作为背面欧姆接触电极。这样就形成了晶体硅太阳能电池。为了减少光的反射损失，一般在

2、整个表面上再覆盖一层减反射膜。2．光伏效应当光照射在距太阳能电池表面很近的PN结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度，则在P区、N区和结区光子会被吸收产生电子－空穴对。在P区与N区交界面的两侧即结区，存在一空间电荷区。在这电荷区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由N区指向P区，这个电场称为内建电场。这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向P区。同样，如果在结附近P区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速拉向N区。结区内产生的电子－空穴对在内建电场的作用下分别移向N区P区。如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在PN

3、结附近，使P区获得附加正电荷，N区获得附加负电荷，这样在PN结上产生一个光生电动势，这一现象称为光伏效应（PhotovoltaicEffect,缩写为PV）。3．太阳能电池的表征参数太阳能电池的工作原理是基于光伏效应。当光照射太阳能电池时，将产生一个由N区到P区的光生电流。同时，由于PN结二极管的特性，存在正向二极管电流，此电流方向从P区到N区，与光生电流相反。因此，实际获得的电流I为I①①式中为结电压；为二极管的反向饱和电流；为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的；n称为理想系数（n值），是表示PN结特性的参数，通常在1～2之间；q为电

4、子电荷；k为波尔茨曼常数;T为温度。如果忽略太阳能电池的串联电阻,既为太阳电池的端电压U，则①式可写为I②当太阳能电池的输出端短路时，U＝0（≈0），由②式可以得到短路电流③即太阳能电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比。当太阳能电池的输出端开路时，I＝0，由②式和③式可以得到开路电压④当太阳能电池接上负载R时，所得的负载伏－安特性曲线如图所示：负载R可以从零到无穷大。当负载R＝使太阳能电池的输出功率为最大时，它对应的最大功率为⑤式中和分别为最佳工作电流和最佳工作电压。将和的乘积与最大功率之比定义为填充因子FF，则⑥FF为太阳电池的重要表征参数，FF越大则输出的功率越高

5、。FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等。五、可行性分析在试验过程中，白炽灯发光代替了太阳光从而起到了供能的作用。电池板有四块小板，其相当于四个电源。本实验采用四串、三串一并、两串两并、一串三并、四并这四种接法具有代表性同时也具有一定的合理性。在底座上有刻度，将电池板放在其上当移至某一刻度并且保持不动时，这保证了在试验过程中光的强弱对数据的影响。通过调节电阻箱的阻值从而使电路中的负载的阻值也不同，以至于得到太阳能电池输出功率随负载电阻变化的关系曲线图，从而达到实验的目的。电阻箱的阻值由高调至低这一过程中也起到了保护电路的作用。在连接电路时可根据仪器位置

6、的不同从而选用不同长度的导线。实验思路：想象不同的串并联结法设计出测量太阳能电池输出功率的方法通过调节电阻箱的阻值从而得到电流的数据作出太阳能电池输出功率随负载电阻变化的关系曲线图。综上所述，该实验的思路简单，操作也比较方便，故具有较强的可行性。六、实验内容及步骤i、连接电路图，如上图A所示。ii、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30cm。iii、调节变阻箱，从9000Ω开始递减，读出电流表和电压表的读数并且记录下来。iv、分别连接B、C、D、E电路图并且重复上述内容。v、分别绘制出输出功率P与负载R的关系曲线图。（五种）七

7、、实验数据与数据处理结果1．实验数据记录太阳能电池输出功率随负载电阻变化的关系曲线图ABCDE电阻R（Ω）电流（A）电压(V)功率（W）电流（A）电压(V)功率（W）电流（A）电压(V)功率（W）电流（A）电压(V)功率（W）电流（A）电压(V)功率（W）900080007000600050004000300025002000150010005002502.通过对以上数据的分析，作出太阳能电池的输出功率随负载电阻变化的关系曲线图并且说明有哪些因素会对实验的结果造成误差。注意事项：