硅光电池特性及其应用

1硅光电池的特性及其应用一、实验目的1、初步了解硅光电池机理2、测量硅光电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系二、实验原理在P型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n结（如右图），由于光照，在A、B电极之间出现一定的电动势。在有外电路时，只要光照不停止，就会源源不断地输出电流，这种现象称为光伏效应。实验表明：当硅光电池外接负载电阻LR，其输出电压和电流均随LR变化而变化。只有当LR取某一定值时输出功率才能达到最大值mP，即所谓最佳匹配阻值LBLRR，而LBR则取决于硅光电池的内阻Ri=SCOCIV，因此OCV、SCI和iR都是太阳能电池的重要参数。FF是表征硅光电池性能优劣的指标，称为填充因子。FF越大，硅光电池的转换效率越高。FF=VocIscPm(1)图b是硅光电池的等效电路，在一定负载电阻LR范围内硅光电池可以近似地视为一个电流源PSI与内阻iR并联，和一个很小的电极电阻SR串联的组合。三、实验内容图a开路电动势、短路电流与光强关系曲线图b太阳能电池等效电路21、测量开路电动势OCV与光强DI的关系，将数据记录表1，并绘制并绘制DI～OCV曲线。(将功能开关切换到OCV)2、短路电流SCI的测量将功能开关切换到SCI，调节DC0-1V电源SU输出，使微安表读数0I为10.00-18.00A（建议取10.00A）。在某一光强DI下，改变可调电阻R，使流过检流计（G）的电流GI为零。此时AB两点之间和AC两点之间的电压应相等,即ABV=ACV。因而IR=00rI,即短路电流SCI=I=RrI00(r0为微安计内阻，为10K)测量不同光强下，短路电流SCI与光强DI的关系，将数据记入表2，并绘制SCI～DI曲线。测量开路电压线路图测量短路电流线路图33、按下式求出硅光电池的内阻iR，并绘制iR~DI曲线。SCOCiIVR4、流过负载电流LI与负载两端电压LV关系测量*R为实验仪上标示的LI取样电阻，为10KΩ；LR为电阻箱；将LI取样电阻*R（正、负记号端）与LI（微安表）正、负端对应连接，功能切换开关打到LI档。硅光电池在恒定光照下(取DI约为1000)，测量在不同负载电阻LR时流过的电流LI与输出电压LV=)*RRILL（,将数据记入表3，并绘制LI~LV曲线。计算不同负载电阻下输出功率P，即P=LVLI，并绘出P~LR曲线，确定mP时的LBR及填充因子FFSCOCmIVP。四、思考题测量SCI时，若GI不为零，如何根据GI的正、负号，确定增减R阻值，如GI为负是加大R还是减小R。五、注意事项1、本实验提供的连接线为直插式带弹簧片导线，在接线或拆线时应持“手枪头”进行操作，特别在拆线时，严禁直接拉扯导线，否则导线易遭损坏。2、关闭电源前，请将DI调到0。数据表格：负载特性测量线路图G41.开路电动势的测量OCV，并绘制并绘制DI～OCV曲线。BGRIDVOC(mV)VOC(mV)VOC(mV)020406080100120140160180200300400500600700800900100012001400160018002、短路电流SCI与光强DI的关系，并绘制SCI～DI曲线。ID(10-2mA)R(kΩ)ISC(μA)100150200250300400500600700800900100053、负载、电流、功率(红光R），绘制IL~VL曲线、R~P曲线。RL（Ω）R=RL+R*（kΩ）IL（uA）VL=IL*（RL+R*）mVP=VL*IL(mW)05101520253040506070801001502002503004005006007008009004、按下式求出硅光电池的内阻iR，并绘制iR~DI曲线。（SCOCiIVR）ID(10-2mA)VOC(mV)ISC(μA)Ri=VOC/ISC(kΩ)1001502002503004005006007008009001000