實(shí)驗(yàn)五硅光電池特性研究

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1、實(shí)驗(yàn)五硅光電池特性研究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口趨增長(zhǎng)的能源需求問題。目前，太陽能的利用主耍集中在熱能和發(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(guó)家正投入人最人力物力對(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A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(cè)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)康摹?、無光照時(shí)，測(cè)量太陽能電池的伏安特性曲線2、測(cè)量太陽能電

2、池的短路電流Ac、開路電壓%、最人輸出功率人nax及填充因子尸尸3、測(cè)量太陽能電池的短路電流Q、開路電壓“0C與相對(duì)光強(qiáng)〃人的關(guān)系，求出它們的近似函數(shù)關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)儀器】光具座組件、白熾燈、太陽能電池、光功率計(jì)、遮光臥硅光電池測(cè)試儀【實(shí)驗(yàn)原理】太陽能電池在沒冇光照時(shí)其特性可視為一個(gè)二極竹，在沒冇光照時(shí)其正向偏壓U與通過電流I的關(guān)系式為：（1）（1）式中，厶和0是常數(shù)。由半導(dǎo)體理論，二極管主要是rh能隙為伐一Q的半導(dǎo)體構(gòu)成，如圖1所示。屁為半導(dǎo)體導(dǎo)電帶，②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)牛電子和空穴對(duì)。電子和空穴對(duì)會(huì)分別受到二

3、極管之內(nèi)電場(chǎng)的影響而產(chǎn)生光電流。光子◎電子能隙°空穴導(dǎo)電帶1Ec價(jià)電帶'Ev圖1假設(shè)太陽能電池的理論模型是山一理想電流源（光照產(chǎn)牛光電流的電流源）、一個(gè)理想二極管、一個(gè)并聯(lián)電阻R’h與一個(gè)電阻&所組成，如圖2所示。圖2圖2中，/處為太陽能電池在光照時(shí)該等效電源輸出電流，匚為光照時(shí)，通過太陽能電池內(nèi)部二極管的電流。山基爾霍夫立律得：久（2）（2）式中，I為太陽能電池的輸出電流，U為輸出電壓。由（2）式可得，(3)假定心=00和Rs=0,太陽能電池可簡(jiǎn)化為圖3所示電路。這里，1=5廠打=1叮1。（嚴(yán)7。在短路時(shí)，U=0,Ii）h=Isc；而在開路時(shí)，1=0,

4、Isc-I^epu--1）=0；Uoc=+川+1］，P(4)（4）式即為在/?必=8和人=0的情況下，太陽能電池的開路電壓"oc和短路電流Ac的關(guān)系式。其中t/°c?為開路電壓，/憶為短路電流，而A）、0迢常數(shù)。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】1在沒冇光源（全黑）的條件下，將太陽能電池連入硅光電池測(cè)量?jī)x的暗箱線路（左側(cè)）,插上電源，將硅光電池測(cè)屋儀上的開關(guān)打到暗箱線路，調(diào)節(jié)旋紐nJ改變負(fù)載電阻的大小，測(cè)量太陽能電池止向偏壓時(shí)的/一〃特性（直流偏壓從0—3.0V）oa、畫岀測(cè)量線路圖。b、利用測(cè)得的正向偏壓時(shí)/—〃關(guān)系數(shù)據(jù)，畫出〃曲線并求得常數(shù)0和的值。2、在不加偏壓

5、時(shí)，用白色光源照射，將太陽能電池連入硅光電池測(cè)量?jī)x的光照線路（右側(cè)），同時(shí)將硅光電池測(cè)量?jī)x上的開關(guān)打到光照線路，調(diào)節(jié)旋紐町改變負(fù)載電阻的大小測(cè)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(cè)量線路圖。b、測(cè)量電池在不同負(fù)載電阻下,Z對(duì)〃變化關(guān)系,畫出/一〃曲線圖。C、求短路電流/sc和開路電壓“OCd、求太陽能電池的最大輸出功率及最人輸出功率時(shí)的負(fù)載電阻。e、計(jì)算填充因子FFJ3、測(cè)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），取離口光源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(cè)量該處的光照強(qiáng)度丿（）；改

6、變太陽能電池到光源的距離x,用光功率計(jì)測(cè)量x處的光照強(qiáng)度J，求光強(qiáng)J與位置X關(guān)系。測(cè)最太陽能電池接收到相対光強(qiáng)度為（不同值時(shí)，相應(yīng)的Q和“OC的值。和與相對(duì)光強(qiáng)為°之間近似關(guān)紙描繪Ac和相對(duì)光強(qiáng)度%0之間的關(guān)系曲線，求/系函數(shù)。求與相對(duì)光強(qiáng)度為。之間近b、描繪出t/g和相對(duì)光強(qiáng)度%之間的關(guān)系曲線，似函數(shù)關(guān)系?！咀⒁馐马?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、設(shè)計(jì)電路，利用兩節(jié)干電池，一個(gè)電壓表，一個(gè)電阻箱來測(cè)量太陽能電池在全黑的條件下的伏安特性曲線。2、兩個(gè)太陽能電池串聯(lián)，

7、測(cè)量它們的伏安特性曲線，填充因子3、兩個(gè)太陽能電池并聯(lián)，測(cè)量它們的伏安特性曲線，填充因了。