实验6-2太阳电池伏安特性的测量.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013-06-09,#,2024/10/10,1,实验,6-2,太阳电池伏安特性的测量,2,研究背景,太阳电池（,Solar Cells,）,也称为光伏电池，是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件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世界上第一块实用型半导体是美国贝尔实验室于,1954,年研制的目前，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，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究为此，我们通过对太阳能电池的电学性质进行测量增进我们对太阳能电池的了解，具有非常重要,3,2024/10/10,实验目的,1.,了解太阳能电池的工作原理2.,无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线3.,测量太阳能电池的,I,对,U,的变化关系,短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子4.,测量太阳能电池的短路电流、开路电压与相对光强的关系，求出它们的近似函数关系。

4,一,.,晶体硅太阳电池结构,实验原理,5,太阳电池发电原理示意图,二、光伏效应,6,N,型半导体和,P,型半导体接触形成,PN,结，,PN,结内存在从,N,区指向区的内建电场PN,结受光照后，半导体吸收光能产生带正电和负电的粒子（空穴和电子），在内建电场作用下，电子（）朝,N,型半导体汇集，而空穴（）则朝,P,型半导体汇集如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在,pn,结附近，使,p,区获得附加正电荷，,n,区获得附加负电荷，这样在,pn,结上产生一个光生电动势光伏效应,7,太阳电池可用恒流源,I,ph,、,pn,结二极管,D,、相当于,pn,结泄漏电流的并联电阻,R,sh,和太阳电池的电极等引起的串联电阻,R,s,组成的电路来表示,如下图所示，该电路为太阳电池的等效电路三、太阳电池的等效电路,8,由等效电路图可以得出太阳电池两端的电流和电压的关系为,为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻,R,s,，增大并联电阻,R,sh,9,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,I,ph,同时,由于,pn,结二极管的特性，存在正向二极管电流,I,D,此电流方向从,p,区到,n,区，与光生电流相反。

理想状态下，,pn,结泄露电流不存在，即,R,sh,不存在,因此,实际获得的电流,I,为,四、太阳电池的表征参数,式中,V,D,为结电压,如果忽略太阳电池的串联电阻,R,s,，,V,D,即为太阳电池的端电压,V,，即,10,当太阳电池的输出端短路时，,V,=0,（,V,D,0,），,由公式,得短路电流，,当太阳电池的输出端开路时，,I,=0,，得,开路电压,11,当太阳电池接上负载,R,时，所得的负载伏,安特性曲线如图所示,太阳电池的伏,安特性曲线,太阳电池的伏安特性曲线,负载,R,可以从零到无穷大当负载,R,m,使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的,最大功率,P,m,为,式中,I,m,和,V,m,分别为,最佳工作电流,和,最佳工作电压,12,填充因子,FF,将,V,oc,与,I,sc,的乘积与最大功率,P,m,之比定义为,填充因子,FF,，,则,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表征参数,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,P,in,之比，即,13,2024/10/10,实验用仪器及材料,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,实验方法,利用控制变量法做实验，用最小二乘法来对实验数据进行处理。

15,2024/10/10,实验内容,1,、在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的,I,U,特性（直流偏压从,0,3.0V,）a,、画出测量线路图b,、利用测得的正向偏压时,I,U,关系数据，画出,I,U,曲线并求得常数,和,I,0,的值2,、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,20cm,a,、画出测量线路图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c,、求短路电流 和开路电压 d,、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e,、计算填充因子 16,2024/10/10,3,、测量太阳能电池的光照效应与光电性质在暗箱中（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,J,0,；改变太阳能电池到光源的距离,x,，用光功率计测量,x,处的光照强度,J,，求光强,J,与位置,X,关系测量太阳能电池接收到相对光强度,J/J,0,不同值时，相应的,I,SC,和,U,0C,的值a,、描绘,I,SC,和相对光强度,J/J,0,之间的关系曲线，求,I,SC,和与相对光强,J/J,0,之间近似关系函数。

b,、描绘出,U,0C,和相对光强度,J/J,0,之间的关系曲线，求,U,0C,与相对光强度,J/J,0,之间近似函数关系17,2024/10/10,实验结果,1,、全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性,U(V),I(UA),0.531,0,0.868,0.2,1.701,2.1,2.167,5.1,2.437,8,2.7,12.9,2.808,16.4,2.847,18.2,2.889,20.6,2.919,22.6,2.956,25.2,2.981,27.1,3,28.8,18,2024/10/10,2,、在不加偏压时，在使用遮光罩条件下，保持白光源到太阳能电池距离,20CM,，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太阳能电池在光照时，测量输出功率与负载电阻的关系X=20cm,J=0.624mW,U/V,I/,a,P/Mw,0.353,621,0.219,0.743,615,0.457,1.347,614,0.827,2.138,612,1.308,2.877,593,1.706,3.333,504,1.69,3.451,433,1.494,3.55,348.4,1.237,3.62,270,0.977,3,、测量太阳能电池,I,SC,和,U,0C,与相对光强,J/J,0,的关系。

J/J,0,Isc(Ua),Uoc(V),1,619,3.81,0.877,435.2,3.75,0.701,322.5,3.68,0.589,249.2,3.64,0.465,200,3.58,0.396,176,3.54,0.356,156.5,3.52,0.292,141.2,3.45,实验分析和讨论,各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线图的分析与讨论,从图中的曲线可以明显看出：,1.,在全黑条件下，刚开始电压小于,0.60.7v,时，没有电流，因为此时二极管相当于一个恒定电阻，没有被击穿当电压大于,0.60.7v,时，太阳能电池的电流随着电压的增大而增大，因为此时二极管已被击穿2.,有光照时，当光照强度不变时，电流和电压的变化规律大致符合公式,3.,输出功率,P,先是随着负载电压,V,的增大而增大，达到最大后，随着电压的减小而减小4.,光照距离越近，也即是光强越大，电池产生的电动势越大（但不能断定是否有上界）；,5.,开路电压和短路电流随着光照距离的增大而增大总结与展望,这次试验汇报从太阳能电池的结构、工作原理出发,介绍了太阳能电池的的等效电路图，介绍了表征太阳能电池特性的短路电流、开路电压、填充因子等参数，对于了解太阳能电池的基本特性有很大的帮助,同时,对太阳能电池的相关基本参数的测量也有一定的了解。

希望今后能更多的接触相关内容，并学会在生活中应用物理，让太阳能电池的相关知识更好的服务于生活22,谢谢观赏,！,。