1、 浙江科技學院開放實驗報告太陽能電池基本特性的測量 學 院： 專 業(yè)： 姓 名（學號）： 指 導 教 師： 理學院實驗中心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(fā)的重點課題。目前硅太陽能電池應用領域除人造衛(wèi)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(xiāng)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?！緦嶒災康摹? 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

2、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，作伏安特性曲線圖，由圖求得它的短路電流()、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(yōu)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?！緦嶒炘怼刻柲茈姵卦跊]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，如圖所示。為半導體導電帶，為半導體價電帶。當入射光

3、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(lián)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，為太陽能電池的輸出電流，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

4、常數?！緦嶒炑b置】光具座及滑塊座、具有引出接線的盒裝太陽能電池板、數字萬用表只（用戶自備）、電阻箱只（用戶自備）、碘鎢燈白光光源只（功率）、型傳感器專用信號源直流連續(xù)可調有短路保護及延時恢復功能、方波信號及音頻（音樂）信號、導線若干、遮光罩個。【實驗內容】1在無光源（全黑）的條件下，測量太陽能電池施加正向偏壓時的特性：（1）按實驗要求畫出測量的實驗線路圖；（2）根據正向偏壓時關系測量數據，畫出曲線并求得常數和的值。2在白光光源照射下，不加偏壓，測量太陽能電池光照特性。注意此時光源到太陽能電池距離保持不變。（1）畫出測量線路圖。（2）測量電池在不同負載電阻下，對變化關系，畫出曲線圖。（3）用外推

5、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和最大輸出功率時對應的負載電阻。（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），我們把太陽能電池在距離白光光源的水平距離接受到的光照強度作為標準光照強度，然后改變太陽能電池到光源的距離，根據光照強度和距離成反比的原理，計算出各點對應的相對光照強度的數值。測量太陽能電池在不同相對光照強度時，對應的短路電流和開路電壓的值。（1）描繪短路電流和相對光強度之間的關系曲線，求短路電流和與相對光照強之間近似函數表達式。 （2）描繪出開路電壓和相對光照強度之間的關系曲線，求開路電壓與相對光照強度之間近似函數表達式?！緦嶒灁祿?/p>

6、例】（注：以下數據僅供實驗時參考，不作為儀器驗收標準，）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與電阻箱兩端的電壓，算出電流測量結果如表所示：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50.00 0.62 2.32 46.40 3.837 45.00 0.66 2.28 50.67 3.925 40.00 0.70 2.23 55.75 4.021 35.00 0.76 2.18 62.29 4.132 30.00 0.82 2.12 70.67 4.258 25.0

7、0 0.90 2.04 81.60 4.402 20.00 1.00 1.95 97.50 4.580 15.00 1.13 1.82 121.33 4.799 8.00 1.43 1.52 190.00 5.247 5.00 1.65 1.30 260.00 5.561 2.00 2.06 0.89 445.00 6.098 1.00 2.32 0.62 620.00 6.430 0.00 2.94 0.00 785.69 6.667 根據圖可以看到，電流與電壓的指數關系得到驗證。如果用可調直流電源，則可采用圖實驗電路：正向偏壓在變化條件下，電阻箱固定取 。實驗步驟與表格請同學自擬。2.不加

8、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電流對太陽能電池的輸出電壓的關系，測量電路與圖一樣。測量結果如表所示：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W50.95 81.9 77.8 101.50 80.4 120.6 151.75 79.4 139.0 202.12 77.9 165.1 252.49 75.6 188.2 302.85 73.8 210.3 353.10 72.4 224.4 403.38 70.9 239.6 453.70 68.9 254.9 504.05 66.9 270.9 554.23 64.8 274.1 604.35

9、 62.1 270.1 654.44 59.4 263.7 704.50 56.7 255.2 754.55 54.0 245.7 804.59 51.5 236.4 854.62 49.2 227.3 904.67 47.0 219.5 954.68 45.1 211.1 1004.69 44.2 207.3 1504.80 30.9 148.3 2004.84 23.4 113.3 5004.94 9.7 47.9 8005.00 6.1 30.5 10005.01 5.0 25.1 由圖9得短路電流Isc=62.1mA，開路電壓Uoc=4.35V。太陽能電池在光照時，輸出功率與負載電阻的

10、關系如圖所示，由圖可得到最大輸出功率：P=274.1mW，此時負載電阻，于是得填充因子如下： FF=Pm/(Isc×Uoc)=274.1×10-3/(0.621×4.35)=0.101。3測量太陽能電池短路電流和開路電壓與燈與太陽能電池距離Xi 的相對關系，對于短路電流可以直接用萬用表的電流檔測量，開路電壓可以直接用萬用表的電壓檔測量。把測量結果記錄在表中：表 太陽能電池短路電流、開路電壓與相對光照強度對應關系燈與太陽能電池距離相對光照強度500.4000.0219 4.57 480.4170.0235 4.60 460.4350.0249 4.62 440.45

11、50.0267 4.65 420.4760.0288 4.67 400.5000.0310 4.70 380.5260.0334 4.73 360.5560.0363 4.76 340.5880.0396 4.79 320.6250.0433 4.82 300.6670.0477 4.86 280.7140.0527 4.90 260.7690.0585 4.93 240.8330.0657 4.98 220.9090.0740 5.03 201.0000.0850 5.10 從圖和圖中找出短路電流、開路電壓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Isc=0.105167*(J/J0)-0.02017，