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1、太阳能电池特性测量实验报告太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目 前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法，一是利 用热能产生蒸气驱动发电机发电，二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究 是21世纪的热门课题,许多兴旺国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。为此, 我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，介绍太阳能电池的电学性质 和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验,联系科 技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。【实验目的】1 .无光照
2、时，测量太阳能电池的伏安特性曲线2 .有光照时，测量电池在不同负载电阻下，/对。变化关系，画出/-U曲线图；并测量太阳能电池的短路电流/冢、开路电压最大输出功率月.及填充因子尸尸3 .测量太阳能电池的短路电流Ac与相对光强的关系，求出它们的近似函数关系。【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱【实验原理】太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U与通过的电流/的关系为/ qU_ 、/ = /0 即-1(1)其中是二极管的反向饱和电流，是理想二极管参数，理论值为1。K是玻尔
3、兹曼常量，q为电子的电荷量，T为热力学温度。(可令4=备)nKl由半导体理论知,二极管主要是由如下图的能隙为Ec Ey的半导体所构成。Ec为半导体导电带，为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时,光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一 现象称为光伏效应。导电带(E.)价电带(号)导电带(E.)价电带(号)光电流示意图太阳能电池的基本技术参数除短路电流4c和开路电压UC外，还有最大输出功率乙.和填充因子尸尸。最大输出功率仆小也就是的最大值。填充因子产方定义为FF = 尸产是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。尸产值越大,说明太阳能电池对
4、光的利用 率越高。【实验内容及步骤】.在没有光源(全黑)的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的/-U特性(直流偏压从 0-3.0V)(1)连接电路图。图1利用测得的正向偏压时/ -U关系数据，画出/ U曲线并求出常数焉 和的值。1 .在不加偏压时，用白色光照射，测量太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距 离保持为20c772(1)连接电路图。FFrH *u1RITwif由I 1 池图2(2)测量电池在不同负载电阻下，/对。变化关系，画出/-U曲线图。(3)求短路电流/sc和开路电压。健。(4)求太阳能电池的最大输出功率及最大输出功率时负载电阻。（5）计算填充因子3.测量太阳能电池的光电效
5、应与电光性质在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白光源20cM水平距离光强作为标准光照强度，用光功率计 测量该处的光照强度；改变太阳能电池到光源的距离，用光功率计测量该处的光照强度J ,求光强，与位置关系。测量太阳能电池接受到相对光强度不同值时，相应的Ge和的值。（1） 设计测量电路图，并连接。（2） 测量太阳能电池接受到相对光强度（不同值时，相应的/sc和的值。（3） 描绘Gc和与相对光强 4之间的关系曲线，求Ge和与相对光强 4之间的近 似关系函数。【数据记录及处理1.全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性U（v）2.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.8I (m
6、A)/(“2 .在不加偏压时，在使用遮光罩条件下，保持白光源底座到太阳能电池底座距离25CM,测量太阳能电池的输出电流对太阳能电池的输出电压的关系。并得到，SC和开路电压U。还有最大输出功率匕”和填充因子歹歹0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0/(mA)(v)2.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0/(mA)XSC =U oc二Pmax =I(mA)U(V)3 .测量太阳能电池L和与相对光强J/，。的关系。J 0 =(mW)J / J 00.20.40.60.81.01.2J (mW)Isc (mA)U(V)sc(mA)【考前须知】1 .连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。2 .防止太阳光照射太阳能电池。3 .第二、三个实验内容中连接电路时，保持电源开关断开。【思考题】1 .设计电路，利用两节干电池，一个电压表，一个电阻箱来测量太阳能电池在全黑的 条件下的伏安特性曲线。2 .两个太阳能电池串联，测量它们的伏安特性曲线，填充因子。3 .两个太阳能电池并联，测量它们的伏安特性曲线，填充因子。