太阳能电池伏安特性研究物理实验报告

沈阳城市学院物理实验报告实验题目太阳能电池伏安特性研究姓名邢晋宇学号131001512专业班级机自5班实验室号D205实验成绩指导教师李军实验时间2014年3月3日物理实验室制实验目的（1）了解太阳能电池的基本特性。（2）测绘太阳能电池的光照伏安特性。实验仪器名称型号太阳能电池基实验仪ZKY-SAC-I太阳能电池基实验仪导轨ZKY-SAC-I-S3可变负载ZKY-SAC-I-S4太阳能电池测试盒ZKY-SAC-I-S5请认真填写实验原理（注意：原理图、测试公式）1.PN结的形成及单向导电性当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，交界面处存在载流子浓度差，使电子（负电荷）和空穴（正电荷）从浓度高向浓度低扩散使Ｐ区和Ｎ区中的电中性条件破坏。Ｐ区留下负离子，Ｎ区留下正离子。它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，即ＰＮ结。Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场称为内电场。因此当电流方向和内电场相同时，电流会顺利流过。电流相反则会有很大的阻力。故出现了单向导电性。2.光伏效应太阳能电池吸收光子产生空穴和电子，他们自由移动，并因内电场的吸引，电子（－）朝N型半导体汇集，而空穴（＋）则朝P型半导体汇集。这样在pn结上产生一个光生电动势。3.阳电池的表征参数当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流Iph。同时,由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID。实际电流I：式中VD为结电压,I0为二极管的反向饱和电流,Iph为与入射光的强度成正比的光生电流其中n称为理想系数,是表示pn结特性的参数,通常在1-2之间。q为电子电荷，kB为波尔茨曼常数，T为温度。如果忽略太阳电池的串联电阻Rs,VD即为太阳电池的端电压V，则（1）式可写为实验内容及步骤一：实验内容：1.光电池伏安特性测试；2。测量电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出I-U曲线图（U为横轴，I为纵轴）。P对R的曲线图（R为横轴，P为纵轴），并以此确定太阳能电池的最大输出功率及最大输出功率时的负载电阻。3开路电压Uoc和短路电流Isc.4.求最大输出功率及最大输出功率时的负载电阻。5.计算填充因子6.太阳电池的转换效率:实验步骤：1.固定电池板，然后使光线照在电池板上，直接使电池板与测量仪器串联，测出光强参数，并计算出此时入射光功率。2.按上图所示电路用导线连接成等效回路，并按要求测量出不同电阻下的电流和电压，并计算出不同电阻电功率以及开路电压Uoc和短路电流Isc3.计算计算填充因子、太阳电池的转换效率、最大输出功率及最大输出功率时的负载电阻。实验数据记录（注意：单位、有效数字、列表）间距D＝32CM入射光功率Pin＝93.8(mW)R()0102030405060708090100I(mA)9.199.19.19.199999.19U(V)00.080.180.270.360.450.530.630.720.810.89P(mW)00.721.6382.4573.2764.054.775.676.487.3718.01R()110120130140150150170180190200300I(mA)9999998.98.98.98.97U(V)0.981.071.161.251.341.431.51.591.681.762.21P(mW)8.829.6310.4411.2512.0612.8713.3514.15114.95215.66415.47R()40050060070080090010002000300040005000I(mA)5.94.94.23.63.22.82.61.330.90.70.6U(V)2.362.432.462.462.482.512.522.552.562.572.57P(mW)13.92411.90710.3328.8567.9367.0286.5523.39152.3041.7991.542请认真填写数据处理、误差分析和实验结论(1)开路电压OCU=2.75V(2)短路电流SCI=9.1(mA)(3)最大输出功率mP=15.664(mW)(4)最大输出功率时的负载电阻R=200()(5)填充因子mSCOCPFFIU0.670(6)太阳电池的转换效率minPP17%(7)伏安曲线特征分析：答：当电阻较小时，电流基本保持不变。当电阻较大时，电流便急速降低。（8）功率曲线特征分析：答：电池输出功率随着外接电阻的增加会有一个最大值。在入射光功率为93.8mW的输入功率下，最大输出功率为15.664mW,此时最大负载电阻为200。实验思考与建议1、光电池在工作时为什么要处于零偏或负偏？答：光电池也是发光二极管的一种，光电池在有光照的时候,在光能的作用下,二极管反向就会出现电流。此时，要靠负偏的电场来收集产生的光载流子，零偏时靠的是内秉电场（也是负偏的）来收集。如果正偏的话，电场会把光载流子送到一起湮合了，就成了发光二极管了。2、光电池对入射光的波长有何要求？答：根据爱因斯坦的光电效应方程：Εk(max)=hv-W0知：单个入射光子能量ε=hν(=hc/λ)必须大于光电池中电子脱离电池材料表面所需要的逸出功W0。故：入射光λhc/W0请在两周内完成，交教师批阅附件：（实验曲线请附在本页）