太陽(yáng)能電池的測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告(馬廠)

近代物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)應(yīng)用物理班級(jí)11級(jí)(2)班實(shí)驗(yàn)名稱太陽(yáng)能電池的測(cè)試實(shí)驗(yàn)小組成員姓名:實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)K7-401指導(dǎo)教師馬廠實(shí)驗(yàn)時(shí)間2013年12月日【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.測(cè)量光照狀態(tài)下太陽(yáng)能電池的短路電流Isc、開路電壓Uoc、最大輸出功率Pm及填充因子FF；2.沒有光照的情況下,太陽(yáng)能作為一個(gè)二極管器件,測(cè)量在正向偏壓的情況下,太陽(yáng)能電池的伏安特征曲線,求出正向偏壓時(shí),電壓與電流的經(jīng)驗(yàn)公式；3.測(cè)量太陽(yáng)能電池的短路電流Isc、開路電壓Uoc與相對(duì)光強(qiáng)的關(guān)系，求出近似函數(shù)關(guān)系；4.測(cè)量不同角度光照下的太陽(yáng)能電池板的開路電壓、短路電流；5.測(cè)量太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)并聯(lián)特性；6.測(cè)量暗狀態(tài)下的太陽(yáng)能電池板的伏安特性?！緦?shí)驗(yàn)儀器】太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)主機(jī)、太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)機(jī)箱、太陽(yáng)能電池板、連線若干、60W白熾燈一個(gè)、擋板圖1太陽(yáng)能電池主機(jī)，電器箱【實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)舉例】一、太陽(yáng)能電池的工作原理太陽(yáng)能電池又叫光伏電池，它是把外界的光轉(zhuǎn)為電信號(hào)或電能。實(shí)際上這種太陽(yáng)能電池是由大面積的PN結(jié)形成的，即在N型硅片上擴(kuò)散硼形成P型層，并用電極引線把P型和N型層引出，形成正負(fù)電極。為防止表面反射光，提高轉(zhuǎn)換效率，通常在器件受光面上進(jìn)行氧化，形成二氧化硅保護(hù)膜。短路電流和開路電壓是太陽(yáng)能電池的兩個(gè)非常重要的工作狀態(tài)，它們分別對(duì)應(yīng)于和的情況。在黑暗狀態(tài)下太陽(yáng)能電池在電路中就如同二極管。因此本實(shí)驗(yàn)要測(cè)量出太陽(yáng)能電池在光照狀態(tài)下的短路電流Isc和開路電壓Uoc，最大輸出功率PM和填充因子FF以及在黑暗狀態(tài)下的伏安特性。在=0情況下，當(dāng)太陽(yáng)能電池外接負(fù)載電阻時(shí)，其輸出電壓和電流均隨變化而變化。只有當(dāng)取某一定值時(shí)輸出功率才能達(dá)到最大值，即所謂最佳匹配阻值，而則取決于太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻。由于和均隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大，所不同的是與光強(qiáng)的對(duì)數(shù)成正比，與光強(qiáng)(在弱光下)成正比，所以亦隨光強(qiáng)度變化而變化。、和都是太陽(yáng)能電池的重要參數(shù)。最大輸出功率與和乘積之比，可用下式表示：(1)上式中FF是表征太陽(yáng)能電池性能優(yōu)劣的指標(biāo)，稱為填充因子，填充因子一般在0.5~0.8之間。黑暗狀態(tài)下的太陽(yáng)能電池工作如圖此時(shí)加在它上面的正向偏壓U與通過的電流I之間關(guān)系式為：（2）,式中I0和β是常數(shù)，=1.38x10-23x300/1.602X10-19=2.6*10-2V在光照狀態(tài)下，如果設(shè)想太陽(yáng)能電池是由一理想電流源，一理想二極管，一并聯(lián)電阻Rsh與一個(gè)電阻RS所組成，那么太陽(yáng)能電池的工作如圖：圖中Iph為太陽(yáng)能電池在光照時(shí)該等效電源輸出電流，Id為光照時(shí)，通過太陽(yáng)能電池內(nèi)部二極管的電流。由基爾霍夫定律得：（3）（3）式中，I為太陽(yáng)能電池的輸出電流，U為輸出電壓。由（4）式可得（4）假設(shè)和太陽(yáng)能電池可簡(jiǎn)化為：這里，。在短路時(shí)，而在開路時(shí)，；可以得到：（5）,（5）式即為在和的情況下，太陽(yáng)能電池的開路電壓UOC和短路電流ISC的關(guān)系式。其中UOC為開路電壓，ISC為短路電流。二、實(shí)驗(yàn)步驟通過以下步驟的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以從總了解太陽(yáng)能電池的光伏特性和二極管特性。（1）打開電機(jī)箱，接通光源用電裝置的電源。打開白熾燈的電源開關(guān)，并把調(diào)光器調(diào)到最小。（2）將太陽(yáng)能電池的插頭用線連到機(jī)箱上相同顏色的插頭（注意連接插頭時(shí)要連接同一塊板的兩個(gè)插頭），將撥動(dòng)開關(guān)撥到明狀態(tài)，加載電壓調(diào)到0，負(fù)載電阻逆時(shí)針調(diào)到最小，此時(shí)電流表上有電流顯示，這是外界光產(chǎn)生的光電流。（3）此時(shí)將燈源調(diào)到最強(qiáng)，調(diào)節(jié)機(jī)箱上負(fù)載電阻，由最小調(diào)到最大，可以看見光電流及負(fù)載電壓的變化，每調(diào)一次電阻值，都要記錄下負(fù)載的電壓和電流，直到電壓在相鄰兩次到三次調(diào)電阻時(shí)都保持不變化為止（保持穩(wěn)定），這說明太陽(yáng)能電池已經(jīng)達(dá)到其開路狀態(tài)，把記錄下的所有數(shù)據(jù)填寫在如下表格中：表1電壓U/V光電流I/A電阻（K）功率P（uW）所得數(shù)據(jù)為不同負(fù)載下，太陽(yáng)能電池負(fù)載的電流和電壓，計(jì)算出功率和電阻的數(shù)值，并繪制圖象，找出功率的最大值，利用公式：,計(jì)算出太陽(yáng)能電池的填充因子FF.（4）把可調(diào)電阻調(diào)到最小，逐步調(diào)低白熾燈光強(qiáng)度（改變調(diào)光器檔位）。每調(diào)節(jié)一次，把電阻調(diào)到最大，記錄下此時(shí)的開路電壓，把電阻調(diào)到最小，記錄下此時(shí)的短路電流，依照此法做幾次，直到光強(qiáng)很弱，光電流小到可以近似為零為止。其中光強(qiáng)比值按附件中提供的填入把記錄下的所有數(shù)據(jù)填寫在如下表格中：表2光強(qiáng)比值I/uAUOC/V繪制出圖象，并分析短路電流與開路電壓之間的關(guān)系。并繪制圖象，分析照度之比與短路電流之間的關(guān)系.（5）俯仰角測(cè)量：將燈源亮度旋到最亮，調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板的俯仰，電池板分檔調(diào)節(jié)，每檔調(diào)節(jié)100，每調(diào)節(jié)一次記錄太陽(yáng)能電池板的開路電壓及短路電流，比較不同角度照射對(duì)太陽(yáng)能輸出的影響。表3角度開路電壓短路電流（6）串并聯(lián)實(shí)驗(yàn)：1、串聯(lián)實(shí)驗(yàn)將每個(gè)太陽(yáng)能電池對(duì)應(yīng)的紅黑插座用插線串聯(lián)起來（用插線將左邊的太陽(yáng)能電池的黑插座連到右邊太陽(yáng)能電池的紅插座上，并將剩余的兩個(gè)插座與機(jī)箱上對(duì)應(yīng)顏色的插座連接起來)，此時(shí)重估光照狀態(tài)下的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，觀察在最大照明狀態(tài)下單個(gè)太陽(yáng)能電池板的開路電壓、短路電流與串聯(lián)時(shí)的區(qū)別。并思考實(shí)際開路電壓與理論上的不同之處。2、并聯(lián)實(shí)驗(yàn)每個(gè)太陽(yáng)能電池對(duì)應(yīng)的紅黑插座用插線并聯(lián)起來（用插線將左邊的太陽(yáng)能電池的插座連到右邊太陽(yáng)能電池相同顏色的插座上，將太陽(yáng)能板上的插座與機(jī)箱上對(duì)應(yīng)顏色的插座連接起來)，此時(shí)重估光照狀態(tài)下的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，觀察在最大照明狀態(tài)下單個(gè)太陽(yáng)能電池板的開路電壓、短路電流與并聯(lián)時(shí)的區(qū)別。并思考實(shí)際短路電流與理論上的不同之處。表41號(hào)多晶2號(hào)多晶3號(hào)單晶4號(hào)單晶多晶串聯(lián)多晶并聯(lián)單晶串聯(lián)單晶并聯(lián)開路電壓V短路電流mA（7）關(guān)閉白熾燈，封閉太陽(yáng)能電池的入射孔，使太陽(yáng)能電池處于全暗狀態(tài)，并把可調(diào)電阻調(diào)到最大（阻值根據(jù)明狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果得到），此時(shí)負(fù)載電壓顯示負(fù)載電阻兩端電壓，太陽(yáng)能電池兩端電壓等于加載電壓減去負(fù)載電壓。此時(shí)太陽(yáng)能電池如同一二極管在工作，給它加正向偏壓，由0V到3V，并記錄下太陽(yáng)能電池負(fù)載電阻以及太陽(yáng)能電池的正向偏壓的變化，繪制表格如下：表5u1u2()I(uA)由數(shù)據(jù)繪制圖象，把它與二極管加正向偏壓下作比較。由,當(dāng)U較大時(shí)，,即由最小二乘法處理。注意：實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)表格、實(shí)驗(yàn)所要求的作圖及圖形關(guān)系的描述附在本頁(yè)之后。教師評(píng)語(yǔ)：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)：（認(rèn)真、較認(rèn)真、一般、較差、