太陽能電池伏安特性研究

1、沈陽城市學(xué)院物理實驗報告實驗題目太陽能電池伏安特性研究姓 名學(xué) 號專業(yè)班級實驗室號實驗成績指導(dǎo)教師李軍實驗時間2014年 月 日物理實驗室制· 實驗?zāi)康模?）了解太陽能電池的基本特性。（2）測繪太陽能電池的光照伏安特性。· 實驗儀器名稱型號太陽能電池基實驗儀 ZKY-SAC-I太陽能電池基實驗儀導(dǎo)軌ZKY-SAC-I-S3可變負(fù)載 ZKY-SAC-I-S4太陽能電池測試盒 ZKY-SAC-I-S5請認(rèn)真填寫實驗原理（注意：原理圖、測試公式）太陽電池的工作原理是基于光伏效應(yīng)。當(dāng)光照射太陽電池時，將產(chǎn)生一個由n區(qū)到p區(qū)的光生電流Iph。同時,由于pn結(jié)二極管的特性，存在正向二極

2、管電流ID ,此電流方向從p區(qū)到n區(qū)，與光生電流相反。因此,實際獲得的電流I為 (1) 式中VD 為結(jié)電壓,I0為二極管的反向飽和電流,Iph為與入射光的強度成正比的光生電流,其比例系數(shù)是由太陽電池的結(jié)構(gòu)和材料的特性決定的。其中n稱為理想系數(shù),是表示pn結(jié)特性的參數(shù),通常在1-2之間。q為電子電荷，kB為波爾茨曼常數(shù)，T為溫度。 如果忽略太陽電池的串聯(lián)電阻Rs,VD即為太陽電池的端電壓V，則（1）式可寫為 （2）當(dāng)太陽電池的輸出端短路時，V = 0 （VD0），由（2）式可得到短路電流 （3） 即太陽電池的短路電流等于光生電流，與入射光的強度成正比。 當(dāng)太陽電池的輸出端開路時，I = 0，由（

3、2）和（3）式可得到開路電壓 （4）負(fù)載R可以從零到無窮大。當(dāng)負(fù)載Rm使太陽電池的功率輸出為最大時，它對應(yīng)的最大功率Pm為 (5) 式中 Im 和 Vm 分別為最佳工作電流和最佳工作電壓。將Voc與Isc的乘積與最大功率Pm之比定義為填充因子FF，則 (6) FF為太陽電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高。FF取決于入射光強、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等。太陽電池的轉(zhuǎn)換效率定義為太陽電池的最大輸出功率與照射到太陽電池的總輻射能Pin之比，即實驗內(nèi)容及步驟光電池伏安特性測試在不加偏壓時，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30cm.

4、A、 畫出測量路線圖。B、測量電池在不同負(fù)載電阻下，I對U變化關(guān)系，畫出I-U曲線圖（U為橫軸，I為縱軸）。P對R的曲線圖（R為橫軸，P為縱軸） ，并以此確定太陽能電池的最大輸出功率及最大輸出功率時的負(fù)載電阻。C、開路電壓 和短路電流 。D、求最大輸出功率及最大輸出功率時的負(fù)載電阻。E、計算填充因子光電池的短路電流：負(fù)載電阻為0歐姆的電流近似短路電流。開路電壓：電阻較大時的電壓。填充因子：FF為太陽能電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高。FF取決于入射光強、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等。F、太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。太陽電池的轉(zhuǎn)換效率定義為太陽電池的最大輸出功率與照射到太陽

5、電池的總輻射能Pin之比，即· 實驗數(shù)據(jù)記錄（注意：單位、有效數(shù)字、列表）間距DCM入射光功率 Pin (mW)R( )0102030405060708090100I(mA)12.712.712.712.712.712.712.612.612.612.612.5U(V)0.000.120.250.370.500.620.750.881.001.121.25P(mW)0.0001.5243.1754.6996.3507.8749.45011.05512.60014.11215.625R( )110120130140150160170180190200300I(mA)12.512.512

6、.312.312.312.111.911.611.311.08.1U(V)1.371.491.591.711.831.932.012.072.112.182.39P(mW)17.12518.62519.55721.03322.50923.35323.91924.01223.84323.98019.359R( )40050060070080090010002000300040005000I(mA)6.25.04.23.73.22.92.61.30.90.70.6U(V)2.462.492.512.532.542.542.552.572.582.582.58P(mW)15.25212.45010.

7、5429.3618.1287.3666.6303.3412.3221.8061.548請認(rèn)真填寫數(shù)據(jù)處理、誤差分析和實驗結(jié)論(1) 開路電壓= 2.58 V(2) 短路電流 = 12.7 (mA) (3) 最大輸出功率 = 24.012 (mW)(4) 最大輸出功率時的負(fù)載電阻R=180 ( )(5) 填充因子 0.732(6) 太陽電池的轉(zhuǎn)換效率18.0 %(7)伏安曲線特征分析：開始成短路狀態(tài)，電流開始時不變，隨后隨著電阻增大而減小最后成短路狀態(tài)，電壓不變（8）功率曲線特征分析：功率出現(xiàn)峰值，電阻為180時功率最大為24.012mW· 實驗思考與建議1、光電池在工作時為什么要處于零偏或負(fù)偏？因為要靠負(fù)偏的電場來收集產(chǎn)生的光載流子。零偏時靠的是內(nèi)秉電場（也是負(fù)偏的）來