太陽(yáng)能電池伏安特性研究

1、沈陽(yáng)城市學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目太陽(yáng)能電池伏安特性研究姓 名學(xué) 號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)實(shí)驗(yàn)室號(hào)實(shí)驗(yàn)成績(jī)指導(dǎo)教師李軍實(shí)驗(yàn)時(shí)間2014年 月 日物理實(shí)驗(yàn)室制· 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解太陽(yáng)能電池的基本特性。（2）測(cè)繪太陽(yáng)能電池的光照伏安特性。· 實(shí)驗(yàn)儀器名稱(chēng)型號(hào)太陽(yáng)能電池基實(shí)驗(yàn)儀 ZKY-SAC-I太陽(yáng)能電池基實(shí)驗(yàn)儀導(dǎo)軌ZKY-SAC-I-S3可變負(fù)載 ZKY-SAC-I-S4太陽(yáng)能電池測(cè)試盒 ZKY-SAC-I-S5請(qǐng)認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)原理（注意：原理圖、測(cè)試公式）太陽(yáng)電池的工作原理是基于光伏效應(yīng)。當(dāng)光照射太陽(yáng)電池時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)由n區(qū)到p區(qū)的光生電流Iph。同時(shí),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(shí)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(qiáng)度成正比的光生電流,其比例系數(shù)是由太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)和材料的特性決定的。其中n稱(chēng)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(yáng)電池的串聯(lián)電阻Rs,VD即為太陽(yáng)電池的端電壓V，則（1）式可寫(xiě)為 （2）當(dāng)太陽(yáng)電池的輸出端短路時(shí)，V = 0 （VD0），由（2）式可得到短路電流 （3） 即太陽(yáng)電池的短路電流等于光生電流，與入射光的強(qiáng)度成正比。 當(dāng)太陽(yáng)電池的輸出端開(kāi)路時(shí)，I = 0，由（

3、2）和（3）式可得到開(kāi)路電壓 （4）負(fù)載R可以從零到無(wú)窮大。當(dāng)負(fù)載Rm使太陽(yáng)電池的功率輸出為最大時(shí)，它對(duì)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(yáng)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(qiáng)、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(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率定義為太陽(yáng)電池的最大輸出功率與照射到太陽(yáng)電池的總輻射能Pin之比，即實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟光電池伏安特性測(cè)試在不加偏壓時(shí)，用白色光源照射，測(cè)量太陽(yáng)能電池一些特性。注意此時(shí)光源到太陽(yáng)能電池距離保持為30cm.

4、A、 畫(huà)出測(cè)量路線(xiàn)圖。B、測(cè)量電池在不同負(fù)載電阻下，I對(duì)U變化關(guān)系，畫(huà)出I-U曲線(xiàn)圖（U為橫軸，I為縱軸）。P對(duì)R的曲線(xiàn)圖（R為橫軸，P為縱軸） ，并以此確定太陽(yáng)能電池的最大輸出功率及最大輸出功率時(shí)的負(fù)載電阻。C、開(kāi)路電壓 和短路電流 。D、求最大輸出功率及最大輸出功率時(shí)的負(fù)載電阻。E、計(jì)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(kāi)路電壓：電阻較大時(shí)的電壓。填充因子：FF為太陽(yáng)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(qiáng)、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(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率定義為太陽(yáng)電池的最大輸出功率與照射到太陽(yáng)

5、電池的總輻射能Pin之比，即· 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（注意：?jiǎn)挝?、有效?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(qǐng)認(rèn)真填寫(xiě)數(shù)據(jù)處理、誤差分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1) 開(kāi)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(shí)的負(fù)載電阻R=180 ( )(5) 填充因子 0.732(6) 太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率18.0 %(7)伏安曲線(xiàn)特征分析：開(kāi)始成短路狀態(tài)，電流開(kāi)始時(shí)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(xiàn)特征分析：功率出現(xiàn)峰值，電阻為180時(shí)功率最大為24.012mW· 實(shí)驗(yàn)思考與建議1、光電池在工作時(shí)為什么要處于零偏或負(fù)偏？因?yàn)橐控?fù)偏的電場(chǎng)來(lái)收集產(chǎn)生的光載流子。零偏時(shí)靠的是內(nèi)秉電場(chǎng)（也是負(fù)偏的）來(lái)