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)生蒸氣驅動發(fā)電機發(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世紀的熱門課題，許多發(fā)達國家正投入大量人力物力對太陽能接收器進行研究。因此，在普通物理實驗中開設了太陽能電池的特性研究實驗，介紹太陽能電池的電學性質和光學性質，并對兩種性質進行測量，聯(lián)系科技開發(fā)實際，有一定的新穎性和實用價值。實驗目的儀器及材料實驗原理實驗內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄及處理

注意事項及思考題

2023/9/22第2頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗目的1.無光照時，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、開路電壓與相對光強的關系，求出它們的近似函數(shù)關系。2023/9/23第3頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗用儀器及材料光具座、滑塊、白熾燈、太陽能電池、光功率計、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月實驗原理太陽能電池在沒有光照時其特性可視為一個二極管，在沒有光照時其正向偏壓U與通過電流I的關系式為：

，(1)(1)式中，I0和β是常數(shù)。由半導體理論，二極管主要是由能隙為EC－EV的半導體構成，如圖1所示。EC為半導體電帶，EV為半導體價電帶。當入射光子能量大于能隙時，光子會被半導體吸收，產(chǎn)生電子和空穴對。電子和空穴對會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）、一個理想二極管、一個并聯(lián)電阻與一個電阻所組成，如圖2所示。

圖2

圖2中，為太陽能電池在光照時該等效電源輸出電流，為光照時，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，U＝0，；

而在開路時，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月實驗內(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I－U關系數(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，用白色光源照射，測量太陽能電池一些特性。注意此時光源到太陽能電池距離保持為20cm。a、畫出測量線路圖。b、測量電池在不同負載電阻下，I對U變化關系，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負載電阻。e、計算填充因子。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與光電性質。在暗箱中（用遮光罩擋光），取離白光源20cm水平距離光強作為標準光照強度，用光功率計測量該處的光照強度J0；改變太陽能電池到光源的距離x，用光功率計測量x處的光照強度J，求光強J與位置X關系。測量太陽能電池接收到相對光強度J/J0不同值時，相應的ISC和U0C的值。a、描繪ISC和相對光強度J/J0之間的關系曲線，求ISC和與相對光強J/J0之間近似關系函數(shù)。b、描繪出U0C和相對光強度J/J0之間的關系曲線，求U0C與相對光強度J/J0之間近似函數(shù)關系。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，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太陽能電池的輸出電壓的關系。太陽能電池在光照時，測量輸出功率與負載電阻的關系。3、測量太陽能電池ISC和U0C與相對光強J/J0的關系。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】1、連接電路時，保持太陽能電池無光照條件。2、避免太陽光照射太陽能電池。3、連接電路時，保持電源開關斷開。

【思考題】1、