文档介绍：光伏效应实验报告篇一:光伏效应实验报告篇一:半导体光伏效应实验实验4半导体光伏效应实验本实验以单晶硅太阳能电池为例,通过实验让学生了解太阳能光伏电池的机理,学习和掌握测量短路电流的方法和技巧,以及光电转换的基本参数测量。一、实验目的 1、初步了解太阳能电池机理 2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系二、实验原理在p型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n结(如图1),由于光照,在a、b电极之间出现一定的电动势。在有外电路时,只要光照不停止,就会源源不断地输出电流,这种现象称为光伏效应。利用它制成的元器件称之为太阳能电池。光伏效应最重大的应用是可以将阳光直接转换成电能,是当今世界众多国家致力研究和开拓应用的课题。从光伏效应的机理可知,太阳能电池输出的电流il是光生电流ip和在光生电压vp作用下产生的p-n结正向电流if之差,即il?ip?if。根据p-n结的电流和电压关系 qvp if=is(e kt -1) is为反向饱和电流,式中vp是光生电压, 所以输出电流 qvp il=ip–is(e kt -1)(1) 此即光电流表达式。通常ip>>is,上式括号内的1可忽略。对于太阳能电池有外加偏压时,(1)式应改为 qv 图1光伏效应结构示意图 i l =il+i=il+is(e kt -1)(2) qv 上式中is(e kt -1),就是p-n结在外加偏压v 作用下的电流。图2中的(a)(b)两条曲线分别表示无光照和有光照时太阳能电池的i-v特性,由此可知,太阳能电池的伏安特性曲线相当于把p-n结的伏安特性曲线向下平移,它在横轴与纵轴的截距分别给出了voc和isc。图2太阳能电池的伏安特性实验表明:在v=0情况下,当太阳能电池外接负载电阻rl,其输出电压和电流均随rl变化而变化。只有当rl取某一定值时输出功率才能达到最大值pm,即所谓最佳匹配阻值rl?rlb,而rlb则取决于太阳能电池的内阻ri= voc vocisc 。因和isc均随光照强度的增强而增大,所不同的是voc与光强的对数成正比,isc和ri都是太阳能电池的重要参数,最大输出功率pm和voc与isc乘积之比 ff= pmvocisc 与光强(在弱光下)成正比,所以ri亦随光强度变化而变化。如图3所示。voc、isc (3) ff是表征太阳能电池性能优劣的指标,称为填充因子。ff越大,太阳能电池的转换效率就越高。ff最大值约为-。太阳能电池的等效电路(如图4),在一定负载电阻rl范围内可以近似地视为一个电流源ips与内阻ri并联,和一个很小的电极电阻rs串联的组合。图3开路电动势、短路电流与光强关系曲线图4太阳能电池等效电路四、实验方法 1、光强调节与强度的表示本实验所用光源为led(发光二极管),根据led的输出功率与驱动电流呈线性关系,利用改变led的静态工作电流确定光强的相对值。仪器设定led的工作电流调节范围为0-20ma,对应显示器上的数值为0-2000。也可用“归一”法表示光强,即设jm为最大光强,j为改变后的光强,则j/jm为无量纲的相对光强。 2、标尺的设定为了调节光源与光电池的间距和试样表面光照的均匀度,设置了水平及垂直方向可调的标尺。选择三色发光管中任一颜色光源,接通led驱动电源,调节id指示为1000左右,功能切换开关置voc档。将水平标尺调到10mm左右;再调垂直标尺,使开路电压voc达到最大值,并保持该状态直至该颜色光源的所有实验完毕为止。由于三色led的发光中心不在同一点,所以对不同颜色光源,都应按照上述方法重新调试垂直标尺。 3、led驱动电流源粗调和细调旋钮的使用 id的调节通过粗调和细调旋钮来实现。细调旋钮只在id输出较高时起作用,如id显示为1900时,最后一位“0”可能会跳动,这时可通过调节细调旋钮使其稳定。五、实验内容 1、测量开路电动势voc与光强id的关系测量线路如图5所示。将功能切换开关打到voc档,然后将面板上voc(毫伏表)正、负输入端与pv装置的太阳能电池正、负输出端对应连接。按实验所需光源颜色,接通led驱动电源。并调节标尺找到实验最佳工作状态。调节id=0(即将粗调和细调旋钮旋至最小),此时由于pv装置不完全密封(如导线的入口处),可能有光线漏进装置中,使得voc显示不为0。调节id测量不同光强下,太阳能电池的开路电动势voc。将数据记入表1,并绘制voc~id曲线,说明其关系。图5测量开路电压voc线路图表1 2、短路电流isc的测量测量线路图如图6所示。将功能切换开关打到isc档(注:在开启“dc0-1v电源”前请先确认i0旋钮旋转到最小处,以防在瞬间接通时us处于较大值,损坏太阳能电池);调节dc0-1v电源us输出,使微安表读数i0