太阳能电池特性的测量

光子
图1
电子 能隙
空穴
导电带 EC
价电带 EV
11.05.2021
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假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流
源）、一个理想二极管、一个并联电阻与一个电阻所组成，如图2所示。
Iph-Id Rs
Id
I
+
Iph
Rsh
U
RL
Байду номын сангаас
-
图2 图2中，为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，为光照时，通过太 阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得：
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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 I/μA
I/μA
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U/V 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。
I/μA
P/mW
U/V
3、测量太阳能电池ISC 和U0C 与相对光强J/ J0的关系。
Isc/μA
Uoc/V
R/ KΩ
J/J0 11.05.2021
J/J0 11
【预习题】
1、简述太阳能电池的特性和工作原理。 2、画出实验内容1和2所需的电路图。
【注意事项】
1、连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。 2、避免太阳光照射太阳能电池。 3、连接电路时，保持电源开关断开。
a、画出测量线路图。
b、利用测得的正向偏压时I－U 值。
关系数据，画出I－U
曲线并求得常数β和I0
的
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I S C开路电压 。U O C
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实验原理
太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U与通过 电流I的关系式为：
I (1I) o(eU 1)
(1)式中，I0 和β是常数。 由半导体理论，二极管主要是由能隙为EC－EV的半导体构成，如图1所示。EC为半导
体电带，EV为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产 生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。
UOC
1
ln[I（Is0c 41）]
（4）式即为在 Rsh 和 的R s 情 0况下，太阳能电池的开路电压 和短U O路C 电
流 的关系I S 式C 。其中 为开路U电O C压， 为短路电I S流C ，而I0 、β是常数。
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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）。
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 FF Pm (。Isc Usc)
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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J0 ；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/ J0不同值时，相应的ISC 和U0C 的值。 a、描绘ISC 和相对光强度 J/J0 之间的关系曲线，求ISC 和与相对光强J/ J0 之间近似关系函数。 bJ、/ 描J0 绘之出间U近0似C和函相数对关光系强。度J/ J0之间的关系曲线，求U0C 与相对光强度
IR s U (Ip h Id I （)R 2s ）h 0
(2）式中，I为太阳能电池的输出电流，U为输出电压。由（1）式可得，
I(1RRssh)IphR （Ush3）Id
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假定 Rsh 和
，R s 太 0阳能电池可简化为图3所示电路。
Id I
Iph
U
图3
这在里短，路时I ，IUp h＝I0d， I pIhp h I.；scI0(eU 1 ) 而在开路时，I＝0， IscI0(eUoc；1)0
实验目的
1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性 曲线。
2. 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。 3. 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。
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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