1、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、初步了解硅光電池機(jī)理。2、測(cè)量硅光電池開路電動(dòng)勢(shì)、短路電流、內(nèi)阻和光強(qiáng)之間關(guān)系。3、在恒定光照下測(cè)量光電流、輸出功率與負(fù)載之間關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)原理】（原理概述，電學(xué)。光學(xué)原理圖，計(jì)算公式）在P型半導(dǎo)體上擴(kuò)散一薄層施主雜質(zhì)而形成的p-n結(jié)（如圖1），由于光照，在A、B電極之間出現(xiàn)一定的電動(dòng)勢(shì)。在有外電路時(shí)，只要光照不停止，就會(huì)源源不斷地輸出電流，這種現(xiàn)象稱為光伏效 應(yīng)。利用它制成的元器件稱之為硅光電池。光伏效應(yīng)最重大的應(yīng)用是可以將陽光直接轉(zhuǎn)換成電能，是 當(dāng)今世界眾多國(guó)家致力研究和開拓應(yīng)用的課題*。從光伏效應(yīng)的機(jī)理可知（見附錄），硅光電池輸出的電流Il是光生電流Ip和在光生電壓Vp作用

2、下產(chǎn)生的p-n結(jié)正向電流If之差，即Il=Ip-If。根據(jù)p-n結(jié) 的電流和電壓關(guān)系z(mì)=/s-1）式中Vp是光生電壓,|s為反向飽和電流，所以輸出電流此即光電流表達(dá)式。通常lp Is，上式括號(hào)內(nèi)的1可忽略。對(duì)于硅光電池有外加偏壓時(shí)，（1 ）式應(yīng)改為I=IL+I=IL+Is（ekr -1）上式中 一，就是p-n結(jié)在外加偏壓V作用下的電流。圖中的（a）（b）兩條曲線分別表示無 光照和有光照時(shí)硅光電池的I-V特性，由此可知，硅光電池的伏安特性曲線相當(dāng)于把 p-n結(jié) 的伏安特性曲線向下平移，它在橫軸與縱軸的截距分別給出了 VOC和I SCo實(shí)驗(yàn)表明：在V =0情況下，當(dāng)硅光電池外接負(fù)載電阻 R，其輸出

3、電壓和電流均隨R變化 而變化。只有當(dāng)R取某一定值時(shí)輸出功率才能達(dá)到最大值 Pm ,即所謂最佳匹配阻值R=Rb,而 Rb則取決于太陽能電池的內(nèi)阻R=。因Voc和Is均隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大，所不同的是 Voc 與光強(qiáng)的對(duì)數(shù)成正比，Isc與光強(qiáng)（在弱光下）成正比，所以R亦隨光強(qiáng)度變化而化。如圖3所 示。Voc I sc和R都是太陽能電池的重要參數(shù)，最大輸出功率 Pm和Vo與I s乘積之比FF是表征硅光電池性能優(yōu)劣的指標(biāo)，稱為填充因子。硅光電池的等效電路（如圖4），在一定負(fù)載電阻R范圍內(nèi)可以近似地視為一個(gè)電流源I ps與內(nèi) 阻R并聯(lián)，和一個(gè)很小的電極電阻Rs串聯(lián)的組合。L J圖3 JI路電動(dòng)勢(shì)、範(fàn)路

4、電流 與光強(qiáng)關(guān)系曲線的4硅光電池尊效電路【實(shí)驗(yàn)儀器及器材】（應(yīng)寫明儀器型號(hào)、規(guī)格、精度）TK-PV1型光伏效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀TK-PV1型光伏效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀PV裝宙（光源和光伏電池）0-20曲可謁恒流源II- Ig *bc顯示器徴安計(jì) 0-2000.9C細(xì)調(diào)血取樣丿o-ioouru丁0-1阿調(diào)穩(wěn)壓源CJ 廣&廣（!點(diǎn)氐測(cè) I型肘嚴(yán)弓 B屮 ?II功能切換f DC0-1V-,io調(diào)節(jié)開i)PV裝置是一個(gè)內(nèi)設(shè)光源和待測(cè)試樣的暗箱，如圖 6所示。試樣裝在右側(cè)箱壁，設(shè)有紅、 黑兩個(gè)接線孔。紅色對(duì)應(yīng)于光生電壓正極。光源裝在一圓管的前端，并固定在左右、上下可 調(diào)的標(biāo)尺上，以調(diào)節(jié)光源與試樣的距離和試樣表面光照度。箱頂部

5、設(shè)有觀察窗，便于檢查光 源工作正常與否。逆時(shí)針?biāo)叫齽?dòng)觀察窗手柄為開啟。注意：操作時(shí)只許輕輕水平撥動(dòng)手柄， 嚴(yán)禁朝下按壓手柄。LED的電源輸入端設(shè)有多個(gè)驅(qū)動(dòng)插孔，其中黑色為電源公共端，其他紅、 綠、藍(lán)接口分別對(duì)應(yīng)R、G、B光。6 PV袈置T陽內(nèi)沖MLrl誦 Ot-pff能電池?zé)?餛畢內(nèi)比沖芍丈吐能屯申小趺罔【注意事項(xiàng)】1）本實(shí)驗(yàn)提供的連接線為直插式帶彈簧片導(dǎo)線，在接線或拆線時(shí)應(yīng)持“手槍頭”進(jìn)行操 作，特別在拆線時(shí)，嚴(yán)禁直接拉扯導(dǎo)線，否則導(dǎo)線易遭損壞。2）在開啟“ DC 0- 1V電源”前請(qǐng)先確認(rèn)I。旋鈕轉(zhuǎn)到最小處，以防在瞬間接通時(shí) U處于 較大值，損壞硅光電池?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、光強(qiáng)調(diào)節(jié)與強(qiáng)度的

6、表示本實(shí)驗(yàn)所用光源為L(zhǎng)ED（發(fā)光二極管），根據(jù)LED的輸出功率與驅(qū)動(dòng)電流呈線性關(guān)系，利用 改變LED的靜態(tài)工作電流確定光強(qiáng)的相對(duì)值。儀器設(shè)定 LED的工作電流調(diào)節(jié)范圍為0-20mA， 對(duì)應(yīng)顯示器上的數(shù)值為0-2000。也可用“歸一”法表示光強(qiáng)，即設(shè)Jm為最大光強(qiáng)，J為改變后 的光強(qiáng)，則J / J m為無量綱的相對(duì)光強(qiáng)。2、標(biāo)尺的設(shè)定為了調(diào)節(jié)光源與光電池的間距和試樣表面光照的均勻度，設(shè)置了水平及垂直方向可調(diào)的標(biāo) 尺。選擇三色發(fā)光管中任一顏色光源，接通 LED驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)節(jié)Id指示為1000左右，功能切 換開關(guān)置V oc檔。將水平標(biāo)尺調(diào)到10mm左右；再調(diào)垂直標(biāo)尺，使開路電壓 V *達(dá)到最大值，

7、并保持該狀態(tài)直至該顏色光源的所有實(shí)驗(yàn)完畢為止。由于三色LED的發(fā)光中心不在同一點(diǎn)，所以對(duì)不同顏色光源，都應(yīng)按照上述方法重新調(diào)試垂直標(biāo)尺。3、LED驅(qū)動(dòng)電流源粗調(diào)和細(xì)調(diào)旋鈕的使用I d的調(diào)節(jié)通過粗調(diào)和細(xì)調(diào)旋鈕來實(shí)現(xiàn)。 細(xì)調(diào)旋鈕只在Id輸出較高時(shí)起作用，如Id顯示為1900 時(shí)，最后一位“ 0”可能會(huì)跳動(dòng)，這時(shí)可通過調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)旋鈕使其穩(wěn)定。4、測(cè)量開路電動(dòng)勢(shì)oc V與光強(qiáng)D I的關(guān)系測(cè)量線路如圖8所示。將功能切換開關(guān)打到Voc檔，然后將面板上Voc（毫伏表）正、負(fù)輸 入端與PV裝置的太陽能電池正、負(fù)輸出端對(duì)應(yīng)連接。按實(shí)驗(yàn)所需光源顏色，接通LED驅(qū)動(dòng)電源。并調(diào)節(jié)標(biāo)尺找到實(shí)驗(yàn)最佳工作狀態(tài)。調(diào)節(jié)I D =

8、 0 （即將粗調(diào)和細(xì)調(diào)旋鈕旋至最?。?，此 時(shí)由于PV裝置不完全密封（如導(dǎo)線的入口處），有光線漏進(jìn)裝置中，使得V OC顯示不為0，實(shí)驗(yàn) 時(shí)應(yīng)將此數(shù)值記錄下來，并在數(shù)據(jù)的后繼處理時(shí)將其減去。調(diào)節(jié)I D測(cè)量不同光強(qiáng)下，太陽能電池的開路電動(dòng)勢(shì)Voc。將數(shù)據(jù)記入表1,并繪制VocId曲 線。ms測(cè)電爪卩兀線貉圖5、短路電流I s的測(cè)量測(cè)量線路圖如圖9所示。將功能切換開關(guān)打到Isc檔當(dāng)；調(diào)節(jié)DC 0-1V電源U輸出，使微安表 讀數(shù) I 0為 10.00-18.00 A （建議取 10.00 A）。在某一光強(qiáng)Id下，改變可調(diào)電阻R,使流過檢流計(jì)（G）的電流Ig為零。此時(shí)AB兩點(diǎn)之間 和AC兩點(diǎn)之間的電壓應(yīng)相

9、等,即Vab =Vac。因而I r=I 0-r 0 ,即短路電流（坯為微安計(jì)內(nèi)阻，為1GKD）用#刖軒趣蹄宅航亡線站罔R測(cè)量不同光強(qiáng)下，短路電流I SC與光強(qiáng)I D的關(guān)系，將數(shù)據(jù)記入表2,并繪制I SC I D曲線6、按下式求出太陽能電池的內(nèi)阻R，并繪制Ri I D曲線（自擬表格）。7、流過負(fù)載電流I L與負(fù)載兩端電壓乂關(guān)系測(cè)量選擇三色LED中任意一種光源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)量線路如圖10所示。R *為實(shí)驗(yàn)儀上標(biāo)示的I l取樣電阻，為10KQ ; Rl為電阻箱；將Il 取樣電阻R * （正、負(fù)記號(hào)端）與Il （微安表）正、負(fù)端對(duì)應(yīng)連接，功能切換開關(guān)打到Il檔。太陽能電池在恒定光照下（取Id約為1000

10、），測(cè)量在不同負(fù)載電阻Lr時(shí)流過的電流Li與輸出 電壓Vl=W l ,將數(shù)據(jù)記入表3,并繪制I l就曲線。計(jì)算不同負(fù)載電阻下輸出功率P,即P趙R，并繪出PR曲線，確定P時(shí)的Rb及填充因子【數(shù)據(jù)處理與結(jié)果】（畫出數(shù)據(jù)表格、寫明物理量和單位，計(jì)算結(jié)果和不確定度，寫出結(jié) 果表達(dá)式。注意作圖要用坐標(biāo)紙）A.開路電動(dòng)勢(shì)和光強(qiáng)Id的關(guān)系IDVoc( mVIDVoc( mVIDVoc( mV20285120351600399303021403567004034031315035880040750321160360900412603271803641000417703332003671200421803373

11、0037914004249034140038716004271003455003941800429繪制ID-VOC曲線500ID-VOC曲線圖y = 31.349ln(x) + 198.65R2= 0.996645040035030025020015010050200400600800100012001400160018002000IDB.短路電流lsc的測(cè)量測(cè)量不同光強(qiáng)下，短路電流lsc與光強(qiáng)ID的系，將數(shù)據(jù)記入表中，繪制ISC-ID曲線圖。求出硅光電池的內(nèi)阻 Ri，并繪制Ri-ID曲線圖.4IDRIscRi10013.17.6340.04515012.448.0390.0452009.03

12、411.0690.0333005.10119.6040.0194004.22223.6850.0165003.32430.0840.0136002.73436.5760.0117002.3243.1030.0098002.01349.6770.00810001.59262.8140.00712001.31376.1610.00614001.11989.3660.00516000.974102.6690.004120.000100.00080.00060.00040.00020.0000.000200400y = 0.0644X - 1.2053R2= 0.99896008001000ID120

13、01400160018000.0600.0500.0400.0300.0200.0100.000R-ID曲線圖y =3.鑑；25C.流過負(fù)載電流IL與負(fù)載兩端電壓VL關(guān)系測(cè)量RLR總RILVLP010NANNANNAN515NANNANNAN1020NANNANNAN203013.980 ().419 5J363304010.570 ().423 416940508.4900.425 :3.60450607.1000.426 :3.02560706.1000.427 :2.60570805.3400.427 :2.28180904.7500.428 :2.031901003.2800.328

14、-.0761401502.8500.428 -.2181902002.1400.428 ().9162402501.7100.428 ().7312903001.4300.429 ().6133904001.0600.424 ().4494905000.8600.430 ().3705906000.7100.426 ().3026907000.6100.427 ().2607908000.5400.432 ().2338909000.4700.423 ().19999010000.4200.420 ().176IL-VL曲線圖y = -0.0002X + 0.4216R2= 0.0011ILy = 97.855x-0.9O5R2= 0.98887.0006.0005.0004.0003.0002.0001.0000.00020040060080010001200RL【結(jié)果討論與誤差分析】結(jié)果討論：通過繪制各類圖線，可以判斷，硅光電池的開路電動(dòng)勢(shì)與光強(qiáng)之間存在著對(duì)數(shù)函數(shù)曲線 關(guān)系；硅光電池的內(nèi)阻隨光強(qiáng)的遞增而減小，推測(cè)原因可能是硅光電池內(nèi)電子受光激發(fā)后離開價(jià)帶， 進(jìn)入導(dǎo)帶，載流子密度增加，電阻減?。还韫怆姵氐妮敵龉β屎屯怆娐冯娮柚抵g呈現(xiàn)一個(gè)反比關(guān)系。誤差分析：本實(shí)驗(yàn)為定性分析實(shí)驗(yàn)，誤差推測(cè)為主要存在于電阻箱示數(shù)切換時(shí)的示數(shù)變化以及手槍 頭導(dǎo)線的接觸面因接觸面增大導(dǎo)致的電阻值增