太阳能电池教案
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（5）计算填充因子。
3．测量太阳能电池的光照特性：
在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白炽灯光源 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 ；改变太阳能电池到光源的距离 ,用光功率计测量 处的光照强度J，求光强J与位置 的关系。测量太阳能电池接收到相对光强度 不同值时，相应的 和 的值。
（1）描绘 和相对光强度 之间的关系曲线，求 和与相对光强 之间近似关系函数。
（2）描绘出 和相对光强度 之间的关系曲线，求 与相对光强度 之间近似函数关系。
【实验注意事项】
1、辐射光源的温度较高，因避免与灯罩接触。
2、辐射光源的供电电压为220V，因小心触电。
【课堂总结、点评】
教师活动：让学生概括总结本节实验的内容。
学生活动：认真总结概括本次实验内容，并把自己这节课的体会写下来。
设计说明：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架
【板书设计】
一、实验原理
1．太阳电池的结构
2．太阳能电池的工作原理——光伏效应
3．太阳电池的等效电路
4．太阳电池的表征参数
3．太阳电池的等效电路
图三、太阳电池的等效电路图
太阳电池可用pn结二极管D、恒流源Iph、太阳电池的电极等引起的串联电阻Rs和相当于pn结泄漏电
流的并联电阻Rsh组成的电路来表示，如图3所示，该电路为太阳电池的等效电路．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
（7）
为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻Rs，增大并联电阻Rsh．
运用所学知识，对太阳能的伏安特性进行测量，提高学生对物理的学习兴趣。
【重点难点】
实验原理的理解及实验操作的理解。
【设计思想】
为了全面完成各项教学目标，本节教学设计以老师讲解实验原理和内容为主线，充分展现隐含在本节内容中的科学探究方法和科学思维方式。
【教学方法】
主要采用讲授法，让学生对实验原理和内容有一个感性的了解。
【任务分析】
通过对实验原理的学习，以分组的形式经行实验的操作，记录数据，最终处理数据，并对数据经行分析，得出实验结论，提交实验报告。
【教学目标】
一、知识与技能
1、让学生了解太阳能电池的工作原理及其应用。
2、让学生学会太阳能电池的伏安特性曲线测量。
二、过程和方法
培养学生动手能力和解决问题的能力
三、情感、态度与价值观
太阳能电池教学设计
【课标要求】
（1）通过实验原理的学习，初步了解太阳能电池的工作原理。
（2）通过太阳电池伏安特性实验研究过程，了解太阳能电池的工作规律，体会实验在发现规律中的作用。
【教材分析】
选自《近代物理实验讲义》华东师范大学物理实验教学中心近代物理实验室编2012年6月实验6-2太阳电池伏安特性的测量。
太阳能电池，是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。太阳能电池资源限制少，且对环境造成的不良影响小，因此在若干年后，必然成为我们日常生活的重要能源之一，对太阳能电池的研究具有划时代的意义。
【学情分析】
学生在这该实验前对原子物理的知识、电学知识有了一定的了解，在这基础上在对太阳能电池进行研究，易于了解。
【实验装置】
光具座及滑块座、具有引出接线的盒装太阳能电池、数字万用表1只（用户自备）、电阻箱1只（用户自备）、白炽灯光源1只（射灯结构，功率 ）、光功率计（带 直流稳压电源）、导线若干、遮光罩1个、单刀双掷开关1个。
【教学过程】
一、实验原理
1．太阳电池的结构
图一太阳电池结构示意图
2．太阳能电池的工作原理——光伏效应
二、实验内容
【教学后记】
本节课从实验原理和内容讲解入手，让学生对实验的原理和内容有一个感性的认识，为下节课的实验操作做铺垫。最终让学生对所学的内容进行概况总结，巩固了他们的所学知识，提高了他们的概况能力。
想系数、串联电阻和并联电阻等．
太阳电池的转换效率η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
（6）
图四、 太阳电池的伏–安特性曲线
二、实验内容
1、在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池施加正向偏压时的I-U(直流偏压从0-3.0V).
（1）画出测量线路图
（2）用实验测得的正向偏压时U-I关系数据，画出U-I曲线并求得常数β和IO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cm20。
（1）画出测量实验线路图。
（2）测量太阳能电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出U~I曲线图。
（3）用外推法求短路电流SCI和开路电压OCU。
（4）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。
（3）
当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线如图2所示．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
（4）
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
4．太阳电池的表征参数
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．实际获得的电流I为
（1）
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（VD≈0），由（2）式可得到短路电流ISC=Iph.
当太阳电池的输出端开路时，I = 0，由（2）和（3）式可得到开路电压
图二、太阳电池发电原理示意图
在p区与n区交界面的两侧即结区，存在一个内建电场，电场方向由n区指向p区。当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度Eg，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对．少数载流子（空穴带正电）在内建电场的作用下被拉向p区．同样，少数载流子（电子）也会被内建电场迅速被拉向n区．如果外电路处于开路状态，这样在pn结上产生一个光生电动势．这一现象称为光伏效应．
3．测量太阳能电池的光照特性：
在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白炽灯光源 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 ；改变太阳能电池到光源的距离 ,用光功率计测量 处的光照强度J，求光强J与位置 的关系。测量太阳能电池接收到相对光强度 不同值时，相应的 和 的值。
（1）描绘 和相对光强度 之间的关系曲线，求 和与相对光强 之间近似关系函数。
（2）描绘出 和相对光强度 之间的关系曲线，求 与相对光强度 之间近似函数关系。
【实验注意事项】
1、辐射光源的温度较高，因避免与灯罩接触。
2、辐射光源的供电电压为220V，因小心触电。
【课堂总结、点评】
教师活动：让学生概括总结本节实验的内容。
学生活动：认真总结概括本次实验内容，并把自己这节课的体会写下来。
设计说明：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架
【板书设计】
一、实验原理
1．太阳电池的结构
2．太阳能电池的工作原理——光伏效应
3．太阳电池的等效电路
4．太阳电池的表征参数
3．太阳电池的等效电路
图三、太阳电池的等效电路图
太阳电池可用pn结二极管D、恒流源Iph、太阳电池的电极等引起的串联电阻Rs和相当于pn结泄漏电
流的并联电阻Rsh组成的电路来表示，如图3所示，该电路为太阳电池的等效电路．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
（7）
为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻Rs，增大并联电阻Rsh．
运用所学知识，对太阳能的伏安特性进行测量，提高学生对物理的学习兴趣。
【重点难点】
实验原理的理解及实验操作的理解。
【设计思想】
为了全面完成各项教学目标，本节教学设计以老师讲解实验原理和内容为主线，充分展现隐含在本节内容中的科学探究方法和科学思维方式。
【教学方法】
主要采用讲授法，让学生对实验原理和内容有一个感性的了解。
【任务分析】
通过对实验原理的学习，以分组的形式经行实验的操作，记录数据，最终处理数据，并对数据经行分析，得出实验结论，提交实验报告。
【教学目标】
一、知识与技能
1、让学生了解太阳能电池的工作原理及其应用。
2、让学生学会太阳能电池的伏安特性曲线测量。
二、过程和方法
培养学生动手能力和解决问题的能力
三、情感、态度与价值观
太阳能电池教学设计
【课标要求】
（1）通过实验原理的学习，初步了解太阳能电池的工作原理。
（2）通过太阳电池伏安特性实验研究过程，了解太阳能电池的工作规律，体会实验在发现规律中的作用。
【教材分析】
选自《近代物理实验讲义》华东师范大学物理实验教学中心近代物理实验室编2012年6月实验6-2太阳电池伏安特性的测量。
太阳能电池，是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。太阳能电池资源限制少，且对环境造成的不良影响小，因此在若干年后，必然成为我们日常生活的重要能源之一，对太阳能电池的研究具有划时代的意义。
【学情分析】
学生在这该实验前对原子物理的知识、电学知识有了一定的了解，在这基础上在对太阳能电池进行研究，易于了解。
【实验装置】
光具座及滑块座、具有引出接线的盒装太阳能电池、数字万用表1只（用户自备）、电阻箱1只（用户自备）、白炽灯光源1只（射灯结构，功率 ）、光功率计（带 直流稳压电源）、导线若干、遮光罩1个、单刀双掷开关1个。
【教学过程】
一、实验原理
1．太阳电池的结构
图一太阳电池结构示意图
2．太阳能电池的工作原理——光伏效应
二、实验内容
【教学后记】
本节课从实验原理和内容讲解入手，让学生对实验的原理和内容有一个感性的认识，为下节课的实验操作做铺垫。最终让学生对所学的内容进行概况总结，巩固了他们的所学知识，提高了他们的概况能力。
想系数、串联电阻和并联电阻等．
太阳电池的转换效率η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
（6）
图四、 太阳电池的伏–安特性曲线
二、实验内容
1、在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池施加正向偏压时的I-U(直流偏压从0-3.0V).
（1）画出测量线路图
（2）用实验测得的正向偏压时U-I关系数据，画出U-I曲线并求得常数β和IO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cm20。
（1）画出测量实验线路图。
（2）测量太阳能电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出U~I曲线图。
（3）用外推法求短路电流SCI和开路电压OCU。
（4）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。
（3）
当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线如图2所示．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
（4）
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
4．太阳电池的表征参数
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．实际获得的电流I为
（1）
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（VD≈0），由（2）式可得到短路电流ISC=Iph.
当太阳电池的输出端开路时，I = 0，由（2）和（3）式可得到开路电压
图二、太阳电池发电原理示意图
在p区与n区交界面的两侧即结区，存在一个内建电场，电场方向由n区指向p区。当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度Eg，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对．少数载流子（空穴带正电）在内建电场的作用下被拉向p区．同样，少数载流子（电子）也会被内建电场迅速被拉向n区．如果外电路处于开路状态，这样在pn结上产生一个光生电动势．这一现象称为光伏效应．