硅光電池基本特性的測定

硅光電池基本特性的測定2023/9/21第1頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月硅光電池基本特性的測定太陽能是一種新能源，對(duì)太陽能的充分利用可以解決人類日趨增長的能源需求問題。目前，太陽能的利用主要集中在熱能和發(fā)電兩方面。利用太陽能發(fā)電目前有兩種方法，一是利用熱能產(chǎn)生蒸氣驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，二是太陽能電池。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)國家正投入大量人力物力對(duì)太陽能接收器進(jìn)行研究。因此，在普通物理實(shí)驗(yàn)中開設(shè)了太陽能電池的特性研究實(shí)驗(yàn)，介紹太陽能電池的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，并對(duì)兩種性質(zhì)進(jìn)行測量，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。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膬x器及材料實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄及處理

注意事項(xiàng)及思考題

2023/9/22第2頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.無光照時(shí)，測量太陽能電池的伏安特性曲線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(duì)光強(qiáng)的關(guān)系，求出它們的近似函數(shù)關(guān)系。2023/9/23第3頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)用儀器及材料光具座、滑塊、白熾燈、太陽能電池、光功率計(jì)、遮光罩、電壓表、電流表、電阻箱

2023/9/24第4頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)原理太陽能電池在沒有光照時(shí)其特性可視為一個(gè)二極管，在沒有光照時(shí)其正向偏壓U與通過電流I的關(guān)系式為：

，(1)(1)式中，I0和β是常數(shù)。由半導(dǎo)體理論，二極管主要是由能隙為EC－EV的半導(dǎo)體構(gòu)成，如圖1所示。EC為半導(dǎo)體電帶，EV為半導(dǎo)體價(jià)電帶。當(dāng)入射光子能量大于能隙時(shí)，光子會(huì)被半導(dǎo)體吸收，產(chǎn)生電子和空穴對(duì)。電子和空穴對(duì)會(huì)分別受到二極管之內(nèi)電場的影響而產(chǎn)生光電流。圖12023/9/25第5頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)太陽能電池的理論模型是由一理想電流源（光照產(chǎn)生光電流的電流源）、一個(gè)理想二極管、一個(gè)并聯(lián)電阻與一個(gè)電阻所組成，如圖2所示。

圖2

圖2中，為太陽能電池在光照時(shí)該等效電源輸出電流，為光照時(shí)，通過太陽能電池內(nèi)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）

2023/9/26第6頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月假定和，太陽能電池可簡化為圖3所示電路。

圖3

這里，。

在短路時(shí)，U＝0，；

而在開路時(shí)，I＝0，；

，（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(guān)系式。其中為開路電壓，為短路電流，而I0、β是常數(shù)。

2023/9/27第7頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1在沒有光源（全黑）的條件下，測量太陽能電池正向偏壓時(shí)的I－U特性（直流偏壓從0—3。0V）。a、畫出測量線路圖。b、利用測得的正向偏壓時(shí)I－U關(guān)系數(shù)據(jù)，畫出I－U曲線并求得常數(shù)β和I0的值。2、在不加偏壓時(shí)，用白色光源照射，測量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20cm。a、畫出測量線路圖。b、測量電池在不同負(fù)載電阻下，I對(duì)U變化關(guān)系，畫出I－U曲線圖。c、求短路電流和開路電壓。d、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。e、計(jì)算填充因子。2023/9/28第8頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月3、測量太陽能電池的光照效應(yīng)與光電性質(zhì)。在暗箱中（用遮光罩擋光），取離白光源20cm水平距離光強(qiáng)作為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，用光功率計(jì)測量該處的光照強(qiáng)度J0；改變太陽能電池到光源的距離x，用光功率計(jì)測量x處的光照強(qiáng)度J，求光強(qiáng)J與位置X關(guān)系。測量太陽能電池接收到相對(duì)光強(qiáng)度J/J0不同值時(shí)，相應(yīng)的ISC和U0C的值。a、描繪ISC和相對(duì)光強(qiáng)度J/J0之間的關(guān)系曲線，求ISC和與相對(duì)光強(qiáng)J/J0之間近似關(guān)系函數(shù)。b、描繪出U0C和相對(duì)光強(qiáng)度J/J0之間的關(guān)系曲線，求U0C與相對(duì)光強(qiáng)度J/J0之間近似函數(shù)關(guān)系。2023/9/29第9頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)記錄及處理1、全暗情況下太陽能電池在外加偏壓時(shí)伏安特性U1/VU2/mVI/μAI/mAU/A2023/9/210第10頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月2、在不加偏壓時(shí)，在使用遮光罩條件下，保持白光源到太陽能電池距離20CM，測量太陽能電池的輸出電流對(duì)太陽能電池的輸出電壓的關(guān)系。太陽能電池在光照時(shí)，測量輸出功率與負(fù)載電阻的關(guān)系。3、測量太陽能電池ISC和U0C與相對(duì)光強(qiáng)J/J0的關(guān)系。I/mAU/AP/mWR/KIsc/mAJ/J0Voc/VJ/J02023/9/211第11頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月【注意事項(xiàng)】1、連接電路時(shí)，保持太陽能電池?zé)o光照條件。2、避免太陽光照射太陽能電池。3、連接電路時(shí)，保持電源開關(guān)斷開。

【思考題】1、