太陽能電池基本特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)

PAGEPAGE7太陽能電池基本特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會(huì)引起環(huán)境污染。太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池四大類，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%,規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。太陽能的利用和太陽能電池的特性研究是21世紀(jì)的熱門課題，許多發(fā)達(dá)國(guó)家正投入大量人力物力對(duì)太陽能接收器進(jìn)行研究。我們開設(shè)此太陽能電池的特性研究實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)了解太陽能電池的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，并對(duì)兩種性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。該實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)綜合設(shè)計(jì)性的物理實(shí)驗(yàn)，聯(lián)系科技開發(fā)實(shí)際，有一定的新穎性和實(shí)用價(jià)值?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.無光照時(shí)，測(cè)量太陽能電池的伏安特性曲線；2.有光照時(shí)，測(cè)量電池在不同負(fù)載電阻下，對(duì)變化關(guān)系，畫出曲線圖；并測(cè)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(cè)量太陽能電池的短路電流、開路電壓與光照度的關(guān)系，求出它們的近似函數(shù)關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)儀器】白熾燈源、太陽能電池板、光照度計(jì)、電壓表、電流表、滑線變阻器、穩(wěn)壓電源、單刀開關(guān)連接導(dǎo)線若干

【實(shí)驗(yàn)原理】太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光伏效應(yīng)太陽能電池的工作原理。在沒有光照時(shí),可將太陽能電池視為一個(gè)二極管,其正向偏壓與通過的電流的關(guān)系為(1)其中是二極管的反向飽和電流,是理想二極管參數(shù),理論值為1。是玻爾茲曼常量,為電子的電荷量,為熱力學(xué)溫度。（可令）由半導(dǎo)體理論知,二極管主要是由如圖所示的能隙為的半導(dǎo)體所構(gòu)成。為半導(dǎo)體導(dǎo)電帶，為半導(dǎo)體價(jià)電帶。當(dāng)入射光子能量大于能隙時(shí)，光子被半導(dǎo)體所吸收，并產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。電子-空穴對(duì)受到二極管內(nèi)電場(chǎng)的影響而產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。圖1光伏效應(yīng)示意圖太陽能電池的基本技術(shù)參數(shù)除短路電流和開路電壓外,還有最大輸出功率和填充因子。最大輸出功率也就是的最大值。填充因子定義為(2)是代表太陽能電池性能優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)。值越大,說明太陽能電池對(duì)光的利用率越高。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】1.在沒有光源（全黑）的條件下，測(cè)量單晶硅太陽能電池正向偏壓時(shí)的特性（直流偏壓從）（1）連接電路圖。圖2特性測(cè)量電路（2）利用測(cè)得的正向偏壓時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)，畫出曲線并求出常數(shù)和的值。2.在不加偏壓時(shí)，用白色光照射，測(cè)量多晶硅太陽能電池一些特性。注意此時(shí)光源到太陽能電池距離保持為（1）連接電路圖。圖3恒定光源太陽能電池特性實(shí)驗(yàn)（2）測(cè)量電池在不同負(fù)載電阻下，對(duì)變化關(guān)系，畫出曲線圖。（3）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(shí)負(fù)載電阻。（5）計(jì)算填充因子3.測(cè)量太陽能電池的光電效應(yīng)與電光性質(zhì)改變太陽能電池到光源的距離，用光照度計(jì)測(cè)量該處的光照度，測(cè)量太陽能電池接受到不同光照度時(shí)，相應(yīng)的和的值。設(shè)計(jì)測(cè)量電路圖，并連接。測(cè)量太陽能電池接受到不同光照度時(shí)相應(yīng)的和的值。描繪和與光照度之間的關(guān)系曲線，求與光照度之間的近似關(guān)系函數(shù)。描繪和與光照度之間的關(guān)系曲線，求與光照度之間的近似關(guān)系函數(shù)。【數(shù)據(jù)記錄及處理】1．全暗情況下（太陽能電池板倒扣在黑橡膠桌面上）太陽能電池在外加偏壓時(shí)伏安特性測(cè)量：連接電路如圖2，結(jié)果填入表1。表1太陽能電池正向偏壓時(shí)的特性456789101112131415161718用坐標(biāo)紙畫出太陽能電池正向偏壓時(shí)的特性曲線，并求出常數(shù)和的值2.在不加偏壓時(shí)，把太陽能電池板倒扣在投影儀玻璃面上，緊貼投影儀玻璃面，測(cè)量不同負(fù)載時(shí)太陽能電池的輸出電流與太陽能電池的輸出電壓的關(guān)系。并測(cè)量短路電流和開路電壓,計(jì)算最大輸出功率和填充因子。連接電路如圖3，結(jié)果填入表2。表2不同負(fù)載時(shí)太陽能電池的輸出電流與太陽能電池的輸出電壓的關(guān)系R(Ω)5101520253035404550U(v)I(mA)R(Ω)556065707580859095100U(v)I(mA)====畫出R-P曲線圖，求出Pmax和對(duì)應(yīng)的太陽能電池r.3.測(cè)量多晶硅太陽能電池板和與光照度的關(guān)系。表3太陽能電池板的和與光照度的關(guān)系=(lux)（照度計(jì)緊貼投影儀玻璃面）(lux)05101520253035(lux)(mA)(V)（mA）（mA）(lux)（（V）(lux)畫出L-Isc曲線圖及L-Uoc曲線圖.4.把多晶硅太陽能電池板換成單晶硅太陽能電池板，重復(fù)3。【實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求】寫明本實(shí)驗(yàn)的目的、意義。闡明本實(shí)驗(yàn)的基本原理。記下實(shí)驗(yàn)所用儀器和裝置。記錄實(shí)驗(yàn)的全過程，包括實(shí)驗(yàn)步驟，各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)處理等。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、研究和討論。本實(shí)驗(yàn)的總結(jié)、收獲、體會(huì)，也可提出自己新的設(shè)想。對(duì)教學(xué)工作的意見和建議?！咀⒁馐马?xiàng)】1.連接電路時(shí)，保持太陽能電池?zé)o光照