太陽(yáng)能開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 浙江科技學(xué)院開(kāi)放實(shí)驗(yàn)報(bào)告太陽(yáng)能電池基本特性的測(cè)量 學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名（學(xué)號(hào)）： 指 導(dǎo) 教 師： 理學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心太陽(yáng)能的利用和太陽(yáng)能電池特性研究是世紀(jì)新型能源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)課題。目前硅太陽(yáng)能電池應(yīng)用領(lǐng)域除人造衛(wèi)星和宇宙飛船外，已大量用于民用領(lǐng)域：如太陽(yáng)能汽車、太陽(yáng)能游艇、太陽(yáng)能收音機(jī)、太陽(yáng)能計(jì)算機(jī)、太陽(yáng)能鄉(xiāng)村電站等。太陽(yáng)能是一種清潔、“綠色”能源，因此，世界各國(guó)十分重視對(duì)太陽(yáng)能電池的研究和利用。本實(shí)驗(yàn)的目的主要是探討太陽(yáng)能電池的基本特性，太陽(yáng)能電池能夠吸收光的能量，并將所吸收的光子能量轉(zhuǎn)換為電能?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 在沒(méi)有光照時(shí)，太陽(yáng)能電池主要結(jié)構(gòu)為一個(gè)二極管，測(cè)量該二極管在正向偏壓時(shí)的伏安

2、特性曲線，并求得電壓和電流關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。2 測(cè)量太陽(yáng)能電池在光照時(shí)的輸出伏安特性，作伏安特性曲線圖，由圖求得它的短路電流()、開(kāi)路電壓()、最大輸出功率及填充因子。填充因子是代表太陽(yáng)能電池性能優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)。3 測(cè)量太陽(yáng)能電池的光照特性：測(cè)量短路電流和相對(duì)光強(qiáng)度之間關(guān)系，畫出與相對(duì)光強(qiáng)之間的關(guān)系圖；測(cè)量開(kāi)路電壓和相對(duì)光強(qiáng)度之間的關(guān)系，畫出與相對(duì)光強(qiáng)之間的關(guān)系圖?！緦?shí)驗(yàn)原理】太陽(yáng)能電池在沒(méi)有光照時(shí)其特性可視為一個(gè)二極管，在沒(méi)有光照時(shí)其正向偏壓與通過(guò)電流的關(guān)系式為： (1)(1)式中，和是常數(shù)。由半導(dǎo)體理論，二極管主要是由能隙為的半導(dǎo)體構(gòu)成，如圖所示。為半導(dǎo)體導(dǎo)電帶，為半導(dǎo)體價(jià)電帶。當(dāng)入射光

3、子能量大于能隙時(shí)，光子會(huì)被半導(dǎo)體吸收，產(chǎn)生電子和空穴對(duì)。電子和空穴對(duì)會(huì)分別受到二極管之內(nèi)電場(chǎng)的影響而產(chǎn)生光電流。假設(shè)太陽(yáng)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(gè)理想二極管、一個(gè)并聯(lián)電阻與一個(gè)電阻所組成，如圖所示。圖中，為太陽(yáng)能電池在光照時(shí)的等效電源輸出電流，為光照時(shí)通過(guò)太陽(yáng)能電池內(nèi)部二極管的電流。由基爾霍夫定律得： （2）（2）式中，為太陽(yáng)能電池的輸出電流，為輸出電壓。由（1）式可得： （3）假定和，太陽(yáng)能電池可簡(jiǎn)化為圖所示電路。這里，。在短路時(shí)，；而在開(kāi)路時(shí)，； （4）（4）式即為在和的情況下，太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓和短路電流的關(guān)系式。其中為開(kāi)路電壓，為短路電流，而、是

4、常數(shù)。【實(shí)驗(yàn)裝置】光具座及滑塊座、具有引出接線的盒裝太陽(yáng)能電池板、數(shù)字萬(wàn)用表只（用戶自備）、電阻箱只（用戶自備）、碘鎢燈白光光源只（功率）、型傳感器專用信號(hào)源直流連續(xù)可調(diào)有短路保護(hù)及延時(shí)恢復(fù)功能、方波信號(hào)及音頻（音樂(lè)）信號(hào)、導(dǎo)線若干、遮光罩個(gè)。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1在無(wú)光源（全黑）的條件下，測(cè)量太陽(yáng)能電池施加正向偏壓時(shí)的特性：（1）按實(shí)驗(yàn)要求畫出測(cè)量的實(shí)驗(yàn)線路圖；（2）根據(jù)正向偏壓時(shí)關(guān)系測(cè)量數(shù)據(jù)，畫出曲線并求得常數(shù)和的值。2在白光光源照射下，不加偏壓，測(cè)量太陽(yáng)能電池光照特性。注意此時(shí)光源到太陽(yáng)能電池距離保持不變。（1）畫出測(cè)量線路圖。（2）測(cè)量電池在不同負(fù)載電阻下，對(duì)變化關(guān)系，畫出曲線圖。（3）用外推

5、法求短路電流和開(kāi)路電壓。（4）求太陽(yáng)能電池的最大輸出功率和最大輸出功率時(shí)對(duì)應(yīng)的負(fù)載電阻。（5）計(jì)算填充因子。3測(cè)量太陽(yáng)能電池的光照特性：在暗箱中（用遮光罩擋光），我們把太陽(yáng)能電池在距離白光光源的水平距離接受到的光照強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，然后改變太陽(yáng)能電池到光源的距離，根據(jù)光照強(qiáng)度和距離成反比的原理，計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相對(duì)光照強(qiáng)度的數(shù)值。測(cè)量太陽(yáng)能電池在不同相對(duì)光照強(qiáng)度時(shí)，對(duì)應(yīng)的短路電流和開(kāi)路電壓的值。（1）描繪短路電流和相對(duì)光強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線，求短路電流和與相對(duì)光照強(qiáng)之間近似函數(shù)表達(dá)式。 （2）描繪出開(kāi)路電壓和相對(duì)光照強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線，求開(kāi)路電壓與相對(duì)光照強(qiáng)度之間近似函數(shù)表達(dá)式。【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范

6、例】（注：以下數(shù)據(jù)僅供實(shí)驗(yàn)時(shí)參考，不作為儀器驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，）1 在全暗的情況下，測(cè)量太陽(yáng)能電池正向偏壓下流過(guò)太陽(yáng)能電池的電流和太陽(yáng)能電池的輸出電壓 ：測(cè)量電路如圖所示，改變電阻箱的阻值，用萬(wàn)用表量出各種阻值下太陽(yáng)能電池與電阻箱兩端的電壓，算出電流測(cè)量結(jié)果如表所示：表1全暗情況下太陽(yáng)能電池在外加偏壓時(shí)伏安特性數(shù)據(jù)記錄50.00 0.62 2.32 46.40 3.837 45.00 0.66 2.28 50.67 3.925 40.00 0.70 2.23 55.75 4.021 35.00 0.76 2.18 62.29 4.132 30.00 0.82 2.12 70.67 4.258 25.0

7、0 0.90 2.04 81.60 4.402 20.00 1.00 1.95 97.50 4.580 15.00 1.13 1.82 121.33 4.799 8.00 1.43 1.52 190.00 5.247 5.00 1.65 1.30 260.00 5.561 2.00 2.06 0.89 445.00 6.098 1.00 2.32 0.62 620.00 6.430 0.00 2.94 0.00 785.69 6.667 根據(jù)圖可以看到，電流與電壓的指數(shù)關(guān)系得到驗(yàn)證。如果用可調(diào)直流電源，則可采用圖實(shí)驗(yàn)電路：正向偏壓在變化條件下，電阻箱固定取 。實(shí)驗(yàn)步驟與表格請(qǐng)同學(xué)自擬。2.不加

8、偏壓，在使用遮光罩條件下，保持白光源到太陽(yáng)能電池距離，測(cè)量太陽(yáng)能電池的輸出電流對(duì)太陽(yáng)能電池的輸出電壓的關(guān)系，測(cè)量電路與圖一樣。測(cè)量結(jié)果如表所示：表恒定光照下太陽(yáng)能電池在不加偏壓時(shí)伏安特性數(shù)據(jù)記錄W50.95 81.9 77.8 101.50 80.4 120.6 151.75 79.4 139.0 202.12 77.9 165.1 252.49 75.6 188.2 302.85 73.8 210.3 353.10 72.4 224.4 403.38 70.9 239.6 453.70 68.9 254.9 504.05 66.9 270.9 554.23 64.8 274.1 604.35

9、 62.1 270.1 654.44 59.4 263.7 704.50 56.7 255.2 754.55 54.0 245.7 804.59 51.5 236.4 854.62 49.2 227.3 904.67 47.0 219.5 954.68 45.1 211.1 1004.69 44.2 207.3 1504.80 30.9 148.3 2004.84 23.4 113.3 5004.94 9.7 47.9 8005.00 6.1 30.5 10005.01 5.0 25.1 由圖9得短路電流Isc=62.1mA，開(kāi)路電壓Uoc=4.35V。太陽(yáng)能電池在光照時(shí)，輸出功率與負(fù)載電阻的

10、關(guān)系如圖所示，由圖可得到最大輸出功率：P=274.1mW，此時(shí)負(fù)載電阻，于是得填充因子如下： FF=Pm/(Isc×Uoc)=274.1×10-3/(0.621×4.35)=0.101。3測(cè)量太陽(yáng)能電池短路電流和開(kāi)路電壓與燈與太陽(yáng)能電池距離Xi 的相對(duì)關(guān)系，對(duì)于短路電流可以直接用萬(wàn)用表的電流檔測(cè)量，開(kāi)路電壓可以直接用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量。把測(cè)量結(jié)果記錄在表中：表 太陽(yáng)能電池短路電流、開(kāi)路電壓與相對(duì)光照強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系燈與太陽(yáng)能電池距離相對(duì)光照強(qiáng)度500.4000.0219 4.57 480.4170.0235 4.60 460.4350.0249 4.62 440.45

11、50.0267 4.65 420.4760.0288 4.67 400.5000.0310 4.70 380.5260.0334 4.73 360.5560.0363 4.76 340.5880.0396 4.79 320.6250.0433 4.82 300.6670.0477 4.86 280.7140.0527 4.90 260.7690.0585 4.93 240.8330.0657 4.98 220.9090.0740 5.03 201.0000.0850 5.10 從圖和圖中找出短路電流、開(kāi)路電壓與相對(duì)光強(qiáng)的近似函數(shù)關(guān)系為： (5) (6)利用最小二乘法擬合，得Isc=0.105167*(J/J0)-0.02017，