太阳能电池伏安特性研究

1、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 名学 号专业班级实验室号实验成绩指导教师李军实验时间2014年 月 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）太阳电池的工作原理是基于光伏效应。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

2、管电流ID ,此电流方向从p区到n区，与光生电流相反。因此,实际获得的电流I为 (1) 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,其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的。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 （2）当太阳电池的输出端短路时，V = 0 （VD0），由（2）式可得到短路电流 （3） 即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比。 当太阳电池的输出端开路时，I = 0，由（

3、2）和（3）式可得到开路电压 （4）负载R可以从零到无穷大。当负载Rm使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率Pm为 (5) 式中 Im 和 Vm 分别为最佳工作电流和最佳工作电压。将Voc与Isc的乘积与最大功率Pm之比定义为填充因子FF，则 (6) FF为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高。FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等。太阳电池的转换效率定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能Pin之比，即实验内容及步骤光电池伏安特性测试在不加偏压时，用白色光源照射，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30cm.

4、A、 画出测量路线图。B、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。C、开路电压 和短路电流 。D、求最大输出功率及最大输出功率时的负载电阻。E、计算填充因子光电池的短路电流：负载电阻为0欧姆的电流近似短路电流。开路电压：电阻较大时的电压。填充因子：FF为太阳能电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高。FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等。F、太阳电池的转换效率。太阳电池的转换效率定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳

5、电池的总辐射能Pin之比，即· 实验数据记录（注意：单位、有效数字、列表）间距DCM入射光功率 Pin (mW)R( )0102030405060708090100I(mA)12.712.712.712.712.712.712.612.612.612.612.5U(V)0.000.120.250.370.500.620.750.881.001.121.25P(mW)0.0001.5243.1754.6996.3507.8749.45011.05512.60014.11215.625R( )110120130140150160170180190200300I(mA)12.512.512

6、.312.312.312.111.911.611.311.08.1U(V)1.371.491.591.711.831.932.012.072.112.182.39P(mW)17.12518.62519.55721.03322.50923.35323.91924.01223.84323.98019.359R( )40050060070080090010002000300040005000I(mA)6.25.04.23.73.22.92.61.30.90.70.6U(V)2.462.492.512.532.542.542.552.572.582.582.58P(mW)15.25212.45010.

7、5429.3618.1287.3666.6303.3412.3221.8061.548请认真填写数据处理、误差分析和实验结论(1) 开路电压= 2.58 V(2) 短路电流 = 12.7 (mA) (3) 最大输出功率 = 24.012 (mW)(4) 最大输出功率时的负载电阻R=180 ( )(5) 填充因子 0.732(6) 太阳电池的转换效率18.0 %(7)伏安曲线特征分析：开始成短路状态，电流开始时不变，随后随着电阻增大而减小最后成短路状态，电压不变（8）功率曲线特征分析：功率出现峰值，电阻为180时功率最大为24.012mW· 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？因为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