1、太陽能電池基本特性的測量太陽能的利用和太陽能電池特性研究是世紀新型能源開發的重點課題。目前硅太陽能電池應用領域除人造衛星和宇宙飛船外，已大量用于民用領域：如太陽能汽車、太陽能游艇、太陽能收音機、太陽能計算機、太陽能鄉村電站等。太陽能是一種清潔、“綠色”能源，因此，世界各國十分重視對太陽能電池的研究和利用。本實驗的目的主要是探討太陽能電池的基本特性，太陽能電池能夠吸收光的能量，并將所吸收的光子能量轉換為電能。【實驗目的】1 在沒有光照時，太陽能電池主要結構為一個二極管，測量該二極管在正向偏壓時的伏安特性曲線，并求得電壓和電流關系的經驗公式。2 測量太陽能電池在光照時的輸出伏安特性，作出伏安特性曲

2、線圖，從圖中求得它的短路電流()、開路電壓()、最大輸出功率及填充因子，。填充因子是代表太陽能電池性能優劣的一個重要參數。3 測量太陽能電池的光照特性：測量短路電流和相對光強度之間關系，畫出與相對光強之間的關系圖；測量開路電壓和相對光強度之間的關系，畫出與相對光強之間的關系圖。【實驗原理】太陽能電池在沒有光照時其特性可視為一個二極管，在沒有光照時其正向偏壓與通過電流的關系式為： (1)(1)式中，和是常數。由半導體理論，二極管主要是由能隙為的半導體構成，如圖1所示。為半導體導電帶，為半導體價電帶。當入射光子能量大于能隙時，光子會被半導體吸收，產生電子和空穴對。電子和空穴對會分別受到二極管之內電

3、場的影響而產生光電流。假設太陽能電池的理論模型是由一理想電流源（光照產生光電流的電流源）、一個理想二極管、一個并聯電阻與一個電阻所組成，如圖所示。圖中，為太陽能電池在光照時的等效電源輸出電流，為光照時通過太陽能電池內部二極管的電流。由基爾霍夫定律得： （2）（2）式中，I為太陽能電池的輸出電流，U為輸出電壓。由（1）式可得， （3）假定和，太陽能電池可簡化為圖所示電路。這里，。在短路時，；而在開路時，； （4）（4）式即為在和的情況下，太陽能電池的開路電壓和短路電流的關系式。其中為開路電壓，為短路電流，而、是常數。【實驗裝置】光具座及滑塊座、具有引出接線的盒裝太陽能電池、數字萬用表1只（用戶自

4、備）、電阻箱1只（用戶自備）、白熾燈光源1只（射燈結構，功率）、光功率計（帶直流穩壓電源）、導線若干、遮光罩1個、單刀雙擲開關1個。【實驗內容】1在沒有光源（全黑）的條件下，測量太陽能電池施加正向偏壓時的特性（直流偏壓從0-3.0V） （1）畫出測量實驗線路圖。（2）利用測得的正向偏壓時關系數據，畫出曲線并求得常數和的值。2在不加偏壓時，用白色光源照射，測量太陽能電池一些特性。注意此時光源到太陽能電池距離保持為。（1）畫出測量實驗線路圖。（2）測量太陽能電池在不同負載電阻下，對變化關系，畫出曲線圖。（3）用外推法求短路電流和開路電壓。（4）求太陽能電池的最大輸出功率及最大輸出功率時負載電阻。（

5、5）計算填充因子。3測量太陽能電池的光照特性：在暗箱中（用遮光罩擋光），取離白熾燈光源水平距離光強作為標準光照強度，用光功率計測量該處的光照強度；改變太陽能電池到光源的距離,用光功率計測量處的光照強度J，求光強J與位置的關系。測量太陽能電池接收到相對光強度不同值時，相應的和的值。（1）描繪和相對光強度之間的關系曲線，求和與相對光強之間近似關系函數。 （2）描繪出和相對光強度之間的關系曲線，求與相對光強度之間近似函數關系。【實驗數據表格】1在全暗的情況下，測量太陽能電池正向偏壓下流過太陽能電池的電流和太陽能電池的輸出電壓 。測量電路如圖5所示，改變電阻箱的阻值，用萬用表量出各種阻值下太陽能電池和

6、電阻箱兩端的電壓，算出電流測量結果如表1所示：表1全暗情況下太陽能電池在外加偏壓時伏安特性數據記錄 項目次數12345678 若用戶備有直流可調電源，則可采用圖6實驗線路：正向偏壓在變化條件下，用固定電阻取代電阻箱（但電阻值必須準確，否則計算電流值時將有較大的誤差，把測量結果記錄到表2中 。表2全暗情況下太陽能電池在外加偏壓時伏安特性數據記錄由，當較大時，即，通過線性關系求出: ,的值。 2.不加偏壓，在使用遮光罩條件下，保持白光源到太陽能電池距離，測量太陽能電池的輸出對太陽能電池的輸出電壓的關系，測量電路請自擬 。把測量結果記錄到表。表恒定光照下太陽能電池在不加偏壓時伏安特性數據記錄WW20

7、0440030046004004800600500080055001000600012006500140070001600750018008000200085002200900024001000026002000028003000030004000032005000034006000036007000038008000040009000042003測量太陽能電池和與相對光強的關系，用光強計測定不同光源距離時的光強值。短路電流可以直接用萬用表的直流電流檔量出，開路電壓則直接用萬用表的直流電壓檔量出。把測量結果記錄到表4中：表4 太陽能電池和與相對光強的關系光源距離1520232527293031

8、32333435【實驗數據范例】（注：以下數據不作為儀器驗收標準，僅供實驗時參考）表1全暗情況下太陽能電池在外加偏壓時伏安特性數據記錄42.612.510.4911.502.4430.152.590.4113.602.6121.602.650.3516.202.7913.572.730.2719.902.998.942.790.2123.503.165.452.850.1527.503.312.042.930.0734.303.540.003.000.0040.803.71，相關系數，電流與電壓的指數關系得到驗證。表2全暗情況下太陽能電池在外加偏壓時伏安特性數據記錄0.4001.4982.03

9、42.2862.4102.4880.010.391.402.533.464.160.010.391.402.533.464.162.6012.6542.7272.7872.8532.9285.466.217.498.7910.4112.765.466.217.498.7910.4112.76由，當較大時，即由最小二乘法，將表2中最后6點數據處理得以下結果：， , 相關系數 。表恒定光照下太陽能電池在無偏壓時伏安特性數據記錄WW2000.2251.12500.253144003.460.78642.72083000.3411.13670.387646003.490.75872.64794000.

10、4571.14250.522148003.510.73132.56676000.6831.13830.777550003.530.70602.49228000.9111.13881.037455003.580.65092.330310001.1381.13801.295060003.620.60332.184112001.3641.13671.550465003.640.56012.038414001.5911.13641.808170003.670.52431.924116001.8171.13562.063475003.690.49211.815518002.051.13892.33478

11、0003.710.46381.720520002.271.13502.576585003.720.43761.628022002.491.13182.818290003.730.41441.545924002.691.12083.0150100003.760.37611.413826002.871.10383.1680200003.850.19250.741128003.011.07503.2358300003.880.12930.501830003.111.03673.2240400003.90.09750.380332003.190.99693.1800500003.910.07820.3

12、05834003.260.95883.1258600003.920.06530.256136003.320.92223.0618700003.930.05610.220638003.360.88422.9709800003.940.04930.194040003.410.85112.8910900003.940.04380.172542003.430.81672.8012表4 太陽能電池和與相對光強的關系光源距離151.6791.001.433.91201.4600.869571.283.89231.2640.752831.143.86251.1050.658131.033.83270.960

13、0.571770.933.81290.8500.506250.843.79300.7500.446690.773.77310.6110.363910.653.73320.5000.297790.563.68330.4180.248960.493.65340.3320.197740.413.59350.2370.141160.323.51從圖10和圖11中找出及與相對光強的近似函數關系為： (5) (6)利用最小二乘法擬合，得，相關系數；，相關系數 。從最小二乘法擬合中，可知對短路電流和開路電壓關系式（5）式和（6）式成立。FB736型太陽能電池特性實驗儀使用說明書一概述：能源的重要性人人皆知，

14、由于煤、石油、天然氣等主要能源的大量消耗，能源危機已成為世人關注的全球性問題。為了經濟持續發展及環境保護，人們正大量開發其它能源如水能、風能及太陽能的利用。其中以硅太陽能電池作為綠色能源其開發和利用大有發展前景。本儀器提供的實驗，意在提高學生對太陽能電池的特性的認識，學習研究太陽能電池的基本光電特性，學會電學與光學的一些重要實驗方法及數據處理方法。可用本儀器做下列實驗：1在沒有光照時，太陽能電池作為一個二極器件（類似二極管），測量在正向偏壓時該二極器件的伏安特性曲線，并求出其正向偏壓時，電壓與電流關系的經驗公式。2測量太陽能電池的短路電流、開路電壓、最大輸出功率及填充因子。3測量太陽能電池的短路電流、開路電壓與相對光強的關系，求出它們的近似函數關系。本儀器可用于高校基礎物理實驗及設計性、研究性的物理實驗，也可用于中學生物理奧林匹克競賽培訓等使用 。二儀器簡介：本實驗儀器主要由射燈形白熾燈光源（）