太陽(yáng)能電池的特性測(cè)量

1、太陽(yáng)能電池的特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測(cè)量不同照度下太陽(yáng)能電池的伏安特性、開(kāi)路電壓U0和短路電流I。0s2. 在不同照度下，測(cè)定太陽(yáng)能電池的輸出功率P和負(fù)載電阻R的函數(shù)關(guān)系。3. 確定太陽(yáng)能電池的最大輸出功率P以及相應(yīng)的負(fù)載電阻R和填充因數(shù)。maxmax原理當(dāng)光照射在距太陽(yáng)電池表面很近的pn結(jié)時(shí)，只要入射光子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg,則在p區(qū)、n區(qū)和結(jié)區(qū)光子被吸收會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)（如圖1）。那些在pn結(jié)附近n區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子由于濃度梯度而要擴(kuò)散。只要少數(shù)載流子離pn結(jié)的距離小于它的擴(kuò)散長(zhǎng)度，總有一定幾率擴(kuò)散到結(jié)界面處。在p區(qū)與n區(qū)交界面的兩側(cè)即結(jié)區(qū)，存在一空間電流區(qū)，也稱(chēng)為耗盡區(qū)。

2、在耗盡區(qū)中，正負(fù)電荷間形成一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由n區(qū)指向p區(qū)，這個(gè)電場(chǎng)稱(chēng)為內(nèi)建電場(chǎng)。只有p區(qū)的光生電子和n區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)（少子）擴(kuò)散到結(jié)電場(chǎng)附近時(shí)能在內(nèi)建電場(chǎng)作用下漂移過(guò)結(jié)。光生電子被拉向n區(qū)，光生空穴被拉向p區(qū)，即電子空穴對(duì)被內(nèi)建電場(chǎng)分離。這導(dǎo)致在n區(qū)邊界附近有光生電子積累，在p區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個(gè)與熱平衡pn結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng),其方向由p區(qū)指向n區(qū)。這一現(xiàn)象稱(chēng)為光伏效應(yīng)（Photovoltaiceffect）。圖1太陽(yáng)能電池的工作原理太陽(yáng)能電池的工作原理是基于光伏效應(yīng)的。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I。同時(shí)，由于pn結(jié)二極管

3、的特性，存在正向二級(jí)管電流ID,此電流方向sD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為兩個(gè)電流之差：I=I（）-1（U）（1）SD如果連接一個(gè)負(fù)載電阻R，電流I可以被認(rèn)為是兩個(gè)電流之差，即取決于輻照度的負(fù)方向電流I,以及取決于端電壓U的正方向電流ID。sD由此可以得到太陽(yáng)能電池伏安特性的典型曲線（見(jiàn)圖2）。在負(fù)載電阻小的情況下，太陽(yáng)能電池可以看成一個(gè)恒流源，因?yàn)檎螂娏鱅D可以被忽略。在負(fù)載電阻大的情況下，太陽(yáng)能電池相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，因?yàn)槿绻妷鹤兓杂邢陆的敲措娏鱅D(U)迅速增加。圖2在一定光照強(qiáng)度下太陽(yáng)能電池的伏安特性(U，I:最大功率點(diǎn))maxmax當(dāng)太陽(yáng)電池的輸出端短路

4、時(shí)，可以得到短路電流等與光生電流I。當(dāng)太陽(yáng)電池的輸出端S開(kāi)路時(shí)，可以得到開(kāi)路電壓U0o在固定的光照強(qiáng)度下，光電池的輸出功率取決于負(fù)載電阻Ro太陽(yáng)能電池的輸出功率在最大負(fù)載電阻R時(shí)達(dá)到一個(gè)最大功率P，R近似等于太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻RomaxmaxmaxiRi=U0/IS(2)這個(gè)最大的功率比開(kāi)路電壓和短路電流的乘積小(見(jiàn)圖2)，它們之比為F=max(3)U-10SF稱(chēng)為填充因數(shù)。我們經(jīng)常用幾個(gè)太陽(yáng)能電池組合成一個(gè)太陽(yáng)能電池。串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致更大的開(kāi)路電壓u0,而并聯(lián)會(huì)導(dǎo)致更大的短路電流ISo在本實(shí)驗(yàn)中，把2個(gè)太陽(yáng)能電池串聯(lián)，分別記錄在四個(gè)不同的光照強(qiáng)度時(shí)電流和電壓特性。光照強(qiáng)度通過(guò)改變光源的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。此

5、外，太陽(yáng)能電池的輸出功率4)5)P=UI是負(fù)載電阻R=U/I的函數(shù)。儀器太陽(yáng)能電池兩塊插件板:A4大小萬(wàn)用表兩塊一個(gè)光源:鹵素?zé)粢粋€(gè)穩(wěn)壓源：212V,100W圖3實(shí)驗(yàn)裝置儀器調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3。1. 把太陽(yáng)能電池插到插件板上，用兩個(gè)橋接插頭把上邊的負(fù)極和下面的正極連接起來(lái)（串聯(lián)起2個(gè)太陽(yáng)能電池）。2. 插上電位器作為一個(gè)可變電阻，然后用橋接插頭把它連接到太陽(yáng)能電池上。3. 連接電流表，使它和電池、可變電阻串聯(lián)。選擇測(cè)量范圍：直流200mA。4. 連接電壓表使之與電池并聯(lián)，選擇量程：直流2V。5. 連接鹵素?zé)襞c穩(wěn)壓源，使燈與電池成一線，以使電池均勻受光。實(shí)驗(yàn)步驟1. 接通電路，將可變電阻器阻值調(diào)

6、為最小以實(shí)現(xiàn)短路，并改變鹵素?zé)舻木嚯x或調(diào)節(jié)光源輸出光功率，使短路電流大約為45mA。2. 逐步改變負(fù)載電阻值降低電流，分別讀取電流和電壓值，記入表格1。3. 斷開(kāi)電路，測(cè)量開(kāi)路電壓并記錄。4調(diào)節(jié)電源功率，調(diào)整短路電流約35mA,25mA和15mA，并重復(fù)上述測(cè)量。5. 根據(jù)表1,用坐標(biāo)紙或Excel繪出U-I曲線。6. 根據(jù)表2,坐標(biāo)紙或Excel繪出P-R特性曲線。7. 計(jì)算表格3的物理量。8由表格4計(jì)算填充因數(shù)的平均值。數(shù)據(jù)記錄表格表1:測(cè)量太陽(yáng)能電池的端電壓U和通過(guò)負(fù)載電阻的電流1（短路電流IS開(kāi)路電壓U0第一組第二組第三組第四組IS=U0=IS=U0=IS=U0=IS=U0=I/mAU/VI/mAU/VI/mAU/VI/mAU/V表2：根據(jù)表1測(cè)量的U7和I值計(jì)算得到的P和R值第一組第二組第三組第四組R/QP/mWR/QP/mWR/QP/mWR/QP/mW表4：最大功率P和開(kāi)路電壓與短路電流的乘積teas第一組第二組第三組第四組Pmax/mWU0JS/mWF=P/U0ISmax0Si思考題1. 由表1繪出的伏安特性曲線說(shuō)明負(fù)載電阻R、端電壓U及光的輻射強(qiáng)度之間的關(guān)系。2. 由表2繪出P-R特性曲線說(shuō)明在一定的光照強(qiáng)度下，P與R之間的關(guān)系。3. 太陽(yáng)能電池的短