文档介绍：太阳能电池基本特性测定实验
太阳能是一种新能源,对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前,太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法,一是利用热能产生蒸气驱动发电机发电,二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题,许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。为此,我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验,介绍太阳能电池的电学性质和光学性质,并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验,联系科技开发实际,有一定的新颖性和实用价值,能激发学生的学习兴趣。
【实验目的】
1. 无光照时,测量太阳能电池的伏安特性曲线
2. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子
3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压与相对光强的关系,求出它们的近似函数关系。
【实验仪器】
光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱
【实验原理】
太阳能电池能够吸收光的能量,并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流的关系为
(1)
其中是二极管的反向饱和电流,是理想二极管参数,理论值为1。是玻尔兹曼常量,为电子的电荷量,为热力学温度。(可令)
由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为的半导体所构成。为半导体导电带,为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时,光子被半导体所吸收,并产生电子-空穴对。电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势,这一现象称为光伏效应。
光电流示意图
太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压外, 还有最大输出功率和填充因子。最大输出功率也就是的最大值。填充因子定义为
(2)
是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。
【实验内容及步骤】
(全黑)的条件下,测量太阳能电池正向偏压时的特性(直流偏压从)
(1)设计测量电路图,并连接。
图1
(2)利用测得的正向偏压时关系数据,画出曲线并求出常数和的值。
,用白色光照射,测量太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持为
(1)设计测量电路图,并连接。
图2
(2)测量电池在不同负载电阻下,对变化关系,画出曲线图。
(3)求短路电流和开路电压。
(4)求太阳能电池的最大输出功率及最大输出功率时负载电阻。
(5)计算填充因子

在暗箱中(用遮光罩挡光),取离白光源20CM水平距离光强作为标准光照强度,用光功率计测量该处的光照强度;改变太阳能电池到光源的距离,用光功率计测量该处的光照强度,求光强与位置关系。测