1、12級電科專業專業實驗安排表（2015下半年）內容班級太陽能電池特性研究黃瑞強PN結特性葉會亮導熱系數羅 飛二階電路鄒文強電源特性鄒文強聲光電路黃瑞強數字萬用表劉燕勇光電傳感器劉志勇電科12112周32028周310111周32059周310316周310315周320713周320510周3303電科12213周32029周310112周32058周310315周310316周320714周320511周3303說明：14周3 （上課時間為第14周星期3；上課地點為物理實驗室103教室。）103 每一時間段實驗為4學時，下午上課時間：14:30-17:30每次實驗上課前需認真預習相關實驗內容

2、并寫好預習報告每位學生準備8張16開實驗報告紙，8張32開原始記錄紙。講義份數：導熱系數？份, 電源特性？份, 聲光電路？份。所開設實驗的房間管理由各位老師自己承擔。實驗十五 太陽能電池特性研究及應用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

3、 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

4、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

5、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、滑塊支架、具有引出接線的盒裝太陽能電池板、數字萬用表1只（用戶自備）、電阻箱1只（用戶自備）、碘鎢燈白光光源1只（功率）、直流穩壓電源（連續可調）、導線若干、遮光罩1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，

6、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

7、強度之間近似函數表達式。【實驗數據范例】（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50.0045.0040.0035.0030.0025.0020.0015.008.005.002.001.000.00根據圖可以看到，電流與電壓的指數關系得到驗證。如果用戶有直流可調電源，則可采用下面圖實驗電路：正向偏壓在變化條件下，取 。實驗步驟與

8、表格請同學自擬。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51015202530354045505560657075808590951001502005008001000由圖9得短路電流，開路電壓。太陽能電池在光照時，輸出功率與負載電阻的關系如圖所示，由圖可得到最大輸出功率：，此時負載電阻，于是得填充因子如下： 。3測量太陽能電池短路電流和開路電壓與相對光照強度 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

9、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50484644424038363432302826242220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，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。參考資料：1賈玉潤、王公治、凌佩玲 大學物理實驗，上海：復旦大學出版社，19862茅傾青、潘立棟、陳駿逸、陸申龍 太陽能電池基本特性測定實驗，物理實驗，第24卷第11期，2004.11【太陽能電池的應用及相關電路實

10、驗】1 太陽能光伏發電在不遠的將來會占據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到年，可再生能源在總能源結構中將占到以上，而太陽能光伏發電在世界總電力供應中的占比也將達到以上；到年，可再生能源將占總能耗的以上，太陽能光伏發電將占總電力的以上；到世紀末，可再生能源在能源結構中將占到以上，太陽能發電將占到以上。這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。由此可以看出，太陽能電池市場前景廣闊。目前太陽能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種，它們各自的特點決定了它們在不同應用中擁有不可替代的地位。但是，未來年晶體硅太陽能電池所占份額

11、盡管會因薄膜太陽能電池的發展等原因而下降，但其主導地位仍不會根本改變；而薄膜電池如果能夠解決轉換效率不高、制備薄膜電池所用設備價格昂貴等問題，會有巨大的發展空間。（1） 按圖，在九孔板上插上相應元器件，并用導線或短接橋接通電路。（2） 太陽能電池板和白光光源裝在光具座上，相對距離取。（3） 閉合白光光源電源開關，閉合開關（4） 調節充電電流，讓太陽能電池板產生的電壓對法拉電容充電，充電電流大小由電流表指示。（5） 當電容充電充足后，即相當于一個電池組。可以對外供電。2直流升壓就是將較低的直流電壓（如電池），提升到需要的直流電壓值。其基本的工作過程都是：高頻振蕩產生低壓脈沖脈沖變壓器升壓到預定電壓值脈沖整流獲得高壓直流電，因此直流升壓電路屬于電路的一種類型。 在使用電池供電的便攜設備中，都是通過直流升壓電路獲得電路中所需要的高電壓，這些設備包括：手機、傳呼機等無線通訊設備、照相機中的閃光燈、便攜式視頻顯示裝置、電蚊拍等電擊設備等等