【實驗目的】1、初步理解硅光電池機理。2、測量硅光電池開路電動勢、短路電流、內阻和光強之間關系。3、在恒定光照下測量光電流、輸出功率與負載之間關系?！緦嶒炘怼浚ㄔ砀攀觯妼W。光學原理圖，計算公式）在P型半導體上擴散一薄層施主雜質而形成的p-n結（如圖1），由于光照，在A、B電極之間出現(xiàn)一定的電動勢。在有外電路時，只要光照不停止，就會源源不停地輸出電流，這種現(xiàn)象稱為光伏效應。運用它制成的元器件稱之為硅光電池。光伏效應最重大的應用是能夠將陽光直接轉換成電能，是當今世界眾多國家致力研究和開拓應用的課題*。從光伏效應的機理可知（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作用下產生的p-n結正向電流IF之差，即IL=IP-IF。根據(jù)p-n結的電流和電壓關系式中VP是光生電壓,IS為反向飽和電流,因此輸出電流此即光電流體現(xiàn)式。普通Ip>>IS，上式括號內的1可無視。對于硅光電池有外加偏壓時，（1）式應改為上式中，就是p-n結在外加偏壓V作用下的電流。圖中的(a)(b)兩條曲線分別表達無光照和有光照時硅光電池的I-V特性，由此可知，硅光電池的伏安特性曲線相稱于把p-n結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ISC。實驗表明：在V=0狀況下，當硅光電池外接負載電阻RL，其輸出電壓和電流均隨RL變化而變化。只有當RL取某一定值時輸出功率才干達成最大值Pm，即所謂最佳匹配阻值RL=RLB，而RLB則取決于太陽能電池的內阻Ri=vocISC。因VOC和ISC均隨光照強度的增強而增大，所不同的是VOC與光強的對數(shù)成正比，ISC與光強(在弱光下)成正比，因此Ri亦隨光強度變化而化。如圖3所示。VOC、ISC和Ri都是太陽能電池的重要參數(shù)，最大輸出功率Pm和VOC與FF是表征硅光電池性能優(yōu)劣的指標，稱為填充因子。硅光電池的等效電路(如圖4)，在一定負載電阻RL范疇內能夠近似地視為一種電流源IPS與內阻Ri并聯(lián)，和一種很小的電極電阻RS串聯(lián)的組合?！緦嶒瀮x器及器材】（應寫明儀器型號、規(guī)格、精度）TK-PV1型光伏效應實驗儀PV裝置是一種內設光源和待測試樣的暗箱，如圖6所示。試樣裝在右側箱壁，設有紅、黑兩個接線孔。紅色對應于光生電壓正極。光源裝在一圓管的前端，并固定在左右、上下可調的標尺上，以調節(jié)光源與試樣的距離和試樣表面光照度。箱頂部設有觀察窗，便于檢查光源工作正常與否。逆時針水平旋動觀察窗手柄為啟動。注意：操作時只許輕輕水平撥動手柄，嚴禁朝下按壓手柄。LED的電源輸入端設有多個驅動插孔，其中黑色為電源公共端，其它紅、綠、藍接口分別對應R、G、B光?！咀⒁馐马棥?）本實驗提供的連接線為直插式帶彈簧片導線，在接線或拆線時應持“手槍頭”進行操作，特別在拆線時，嚴禁直接拉扯導線，否則導線易遭損壞。2）在啟動“DC0–1V電源”前請先確認I。旋鈕轉到最小處，以防在瞬間接通時Us處在較大值，損壞硅光電池。【實驗內容】1、光強調節(jié)與強度的表達本實驗所用光源為LED(發(fā)光二極管)，根據(jù)LED的輸出功率與驅動電流呈線性關系，運用變化LED的靜態(tài)工作電流擬定光強的相對值。儀器設定LED的工作電流調節(jié)范疇為0-20mA，對應顯示屏上的數(shù)值為0-。也可用“歸一”法表達光強，即設Jm為最大光強，J為變化后的光強，則J/Jm為無量綱的相對光強。2、標尺的設定為了調節(jié)光源與光電池的間距和試樣表面光照的均勻度，設立了水平及垂直方向可調的標尺。選擇三色發(fā)光管中任一顏色光源，接通LED驅動電源，調節(jié)ID批示為1000左右，功效切換開關置VOC檔。將水平標尺調到10mm左右；再調垂直標尺，使開路電壓VOC達成最大值，并保持該狀態(tài)直至該顏色光源的全部實驗完畢為止。由于三色LED的發(fā)光中心不在同一點，因此對不同顏色光源，都應按照上述辦法重新調試垂直標尺。3、LED驅動電流源粗調和細調旋鈕的使用ID的調節(jié)通過粗調和細調旋鈕來實現(xiàn)。細調旋鈕只在ID輸出較高時起作用，如ID顯示為1900時，最后一位“0”可能會跳動，這時可通過調節(jié)細調旋鈕使其穩(wěn)定。4、測量開路電動勢OCV與光強DI的關系測量線路如圖8所示。將功效切換開關打到VOC檔，然后將面板上VOC(毫伏表)正、負輸入端與PV裝置的太陽能電池正、負輸出端對應連接。按實驗所需光源顏色，接通LED驅動電源。并調節(jié)標尺找到實驗最佳工作狀態(tài)。調節(jié)ID=0（即將粗調和細調旋鈕旋至最小），此時由于PV裝置不完全密封（如導線的入口處），有光線漏進裝置中,使得VOC顯示不為0，實驗時應將此數(shù)值統(tǒng)計下來，并在數(shù)據(jù)的后繼解決時將其減去。調節(jié)ID測量不同光強下，太陽能電池的開路電動勢VOC。將數(shù)據(jù)記入表1,并繪制VOC～ID曲線。5、短路電流ISC的測量測量線路圖如圖9所示。將功效切換開關打到ISC檔；調節(jié)DC0-1V電源US輸出，使微安表讀數(shù)I0為10.00-18.00μA（建議取10.00μA）。在某一光強ID下，變化可調電阻R，使流過檢流計（G）的電流IG為零。此時AB兩點之間和AC兩點之間的電壓應相等,即VAB=VAC。因而IR=I0-r0,即短路電流測量不同光強下，短路電流ISC與光強ID的關系，將數(shù)據(jù)記入表2，并繪制ISC～ID曲線。6、按下式求出太陽能電池的內阻Ri，并繪制Ri~ID曲線（自擬表格）。7、流過負載電流IL與負載兩端電壓VL關系測量選擇三色LED中任意一種光源進行實驗。測量線路如圖10所示。R*為實驗儀上標示的IL取樣電阻，為10KΩ；RL為電阻箱；將IL取樣電阻R*（正、負記號端）與IL（微安表）正、負端對應連接，功效切換開關打到IL檔。太陽能電池在恒定光照下(取ID約為1000)，測量在不同負載電阻LR時流過的電流LI與輸出電壓VL=VLIL,將數(shù)據(jù)記入表3，并繪制IL~VL曲線。計算不同負載電阻下輸出功率P，即P=VLRL，并繪出P~RL曲線，擬定Pm時的RLB及填充因子【數(shù)據(jù)解決與成果】（畫出數(shù)據(jù)表格、寫明物理量和單位，計算成果和不擬定度，寫出成果體現(xiàn)式。注意作圖要用坐標紙）A.開路電動勢和光強ID的關系IDVoc（mV）IDVoc（mV）IDVoc（mV）202851203516003993030214035670040340313150358800407503211603609004126032718036410004177033320036712004218033730037914004249034140038716004271003455003941800429繪制ID-VOC曲線B.短路電流ISC的測量測量不同光強下，短路電流ISC與光強ID的系，將數(shù)據(jù)記入表中，繪制ISC-ID曲線圖。求出硅光電池的內阻Ri，并繪制Ri-ID曲線圖IDRIscRi10013.17.6340.04515012.448.0390.0452009.03411.0690.0333005.10119.6040.0194004.22223.6850.0165003.32430.0840.0136002.73436.5760.0117002.3243.1030.0098002.01349.6770.00810001.59262.8140.00712001.31376.1610.00614001.11989.3660.00516000.974102.6690.004C.流過負載電流IL與負載兩端電壓VL關系測量RLR總RILVLP010NANNANNAN515NANNANNAN1020NANNANNAN203013.9800.4195.863304010.5700.4234.46940508.4900.4253.60450607.1000.4263.02560706.1000.4272.60570805.3400.4272.28180904.7500.4282.031901003.2800.3281.0761401502.8500.4281.2181902002.1400.4280.9162402501.7100.4280.7312903001.4300.4290.6133904001.0600.4240.4494905000.8600.4300.3705906000.7100.4260.3026907000.6100.4270.2607908000.5400.4320.2338909000.4700.4230.19999010000.4200.4200.176【成果討論與誤差分析】成果討論：通過繪制各類圖線，能夠判斷，硅光電池的開路電動勢與光強之間存在著對數(shù)函數(shù)曲線關系；硅光電池的內阻隨光強的遞增而減小，推測因素可能是硅光電池內電子受光激發(fā)后離開價帶，進入導帶，載流子密度增加，電阻減??；硅光電池的輸出功率和外電路電阻值之間呈現(xiàn)一種反比關系。誤差分析：本實驗為定性分析實驗，誤差推測為重要存在于電阻箱示數(shù)切換時的示數(shù)變化以及手槍頭導線的接觸面因接觸面增大造成的電阻值增大。【分析討論題及實驗心得】測量ISC時，若IG不為零，如