實(shí)驗(yàn)6.24太陽(yáng)能電池特性測(cè)試

1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膗1了解太陽(yáng)能電池的原理u2測(cè)量太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線u3繪制太陽(yáng)能電池輸出功率隨輸出電壓的變化曲線u4測(cè)量太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓，短路電流，最大輸出功率，填充因子等特性參數(shù)實(shí)驗(yàn)原理u1太陽(yáng)能原理 太陽(yáng)能電池就是通過(guò)半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。目前太陽(yáng)能電池應(yīng)用領(lǐng)域除人造衛(wèi)星和宇宙飛船外，已應(yīng)用于許多民用領(lǐng)域：如太陽(yáng)能汽車(chē)、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)能電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積平面P-N結(jié)， P-N結(jié)受光照射時(shí)產(chǎn)生光伏效應(yīng)而發(fā)電 N型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體 在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了

2、N型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素（如硼），就形成了P型半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體中有相當(dāng)數(shù)量的空穴。N型半導(dǎo)體中有相當(dāng)數(shù)量的自由電子。 當(dāng)兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成P-N結(jié)時(shí)，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，在P-N結(jié)附近形成空間電荷區(qū)與勢(shì)壘電場(chǎng)。 勢(shì)壘電場(chǎng)會(huì)使載流子向擴(kuò)散的反方向作漂移運(yùn)動(dòng)，最終擴(kuò)散與漂移達(dá)到平衡，使流過(guò)P-N結(jié)的凈電流為零。 在空間電荷區(qū)，P區(qū)的空穴被來(lái)自N區(qū)的電子復(fù)合，N區(qū)的電子被來(lái)自P區(qū)的空穴復(fù)合，使該區(qū)內(nèi)幾乎沒(méi)有能導(dǎo)電的載流子，又稱(chēng)為結(jié)區(qū)或耗盡區(qū)。u光伏效應(yīng) 當(dāng)光電池受光照射時(shí)，部分電子被激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在結(jié)區(qū)激發(fā)的電子和空穴分別被勢(shì)壘電場(chǎng)推向N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)有過(guò)

3、量的電子而帶負(fù)電，P區(qū)有過(guò)量的空穴而帶正電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效應(yīng)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)與光照強(qiáng)度有關(guān)。將P-N結(jié)兩端接入外電路，就可向負(fù)載輸出電能。l將P-N結(jié)兩端開(kāi)路，可以測(cè)得這個(gè)電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)之為開(kāi)路電壓Uoc。對(duì)晶體硅電池來(lái)說(shuō)，開(kāi)路電壓的典型值為0.50.6V。l將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過(guò)，這個(gè)電流稱(chēng)為短路電流Isc。 Uoc代表開(kāi)路電壓，Isc代表短路電流，圖中紫色線圍出的面積為太陽(yáng)能電池的輸出功率。與最大功率Pm對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為最大工作電壓Um，對(duì)應(yīng)的電流稱(chēng)為最大工作電流Im 。l 填充因子FF定義為： FF= 它是評(píng)價(jià)

4、太陽(yáng)能電池輸出特性好壞的一個(gè)重要參數(shù)，它的值越高，表明太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率越高。SCOCmmIUIU實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求l改變太陽(yáng)能電池負(fù)載電阻的大小，測(cè)量輸出電壓、電流值，并計(jì)算輸出功率。l畫(huà)出太陽(yáng)能電池伏安特性曲線及輸出功率隨電壓的變化曲線。畫(huà)出太陽(yáng)能電池伏安特性曲線及輸出功率隨電壓的變化曲線。l 測(cè)出開(kāi)路電壓測(cè)出開(kāi)路電壓Uoc、短路電流短路電流Isc、最大輸出功率、最大輸出功率Pm、最大、最大工作電工作電壓壓Um、最大、最大工作電流工作電流Im，計(jì)算填充計(jì)算填充因子因子FF。（可用。（可用EXCEL）l接線：將電流測(cè)量端口與可變負(fù)載串聯(lián)后接入太陽(yáng)能電池的輸出端， 將電壓表并聯(lián)到太陽(yáng)

5、能電池兩端。負(fù)載電阻輸出電壓U (V) 輸出電流I (mA)功率P=UI(mW)RUIUIRUIRUIUOC0.9999.999.99.90.8899.989.98.90.7799.979.97.90.6699.969.96.90.5599.959.95.90.4499.949.94.90.3399.939.93.90.2299.929.92.90.1199.919.91.90ISC注意事項(xiàng) l光源正對(duì)太陽(yáng)能電池板，電池板和配套光源在工作時(shí)溫度很高，切不可用手觸摸，以免被燙傷,。l絕不允許用水打濕太陽(yáng)能電池板和配套光源，以免觸電和損壞該部件。 l配套“可變負(fù)載”所能承受的最大功率是1W，只能使用于該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。l電流表的輸入電流不得超過(guò)2A，否則將燒毀電流表。 l電壓表的最高輸入電壓不得超過(guò)25V，否則將燒毀電壓表。數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)束，盡快關(guān)閉光源數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)束，盡快關(guān)閉光源影響光電流的因素：1.通過(guò)光照在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)愈多，電流愈大。2.界面層吸收的光能愈多，界面