物理实验竞赛太阳能电池板光能转化效率的测定
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1
图一
（1）如图一连接电路图
（关2系），测画量出电池U在曲不- 线同I 图负。载电阻下，U 对 I变化
（3）测量短路电流 I SC和开路电压 U O。C
（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。
（5）计算填充因子 FF = Pmax ISCUOC
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。
【实验目的】
1. 了解无光照时测量太阳能电池的伏安 特性曲线
2. 测定太阳能电池的最大输出功率及填 充因子，得出太阳能电池的光电转化 效率。
【实验仪器】
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
【实验原理】
1. 太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收
的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将
处理数据得在全暗情况下测量太阳能电池在
正向偏压下太阳能电池的电流 I 和太阳能电池的 输出电压U ,得到 I-U 图,如图一 所示;在2.8 V 以 下的区域可以满足上面函数关系. 电压很大时，I 和U基本成线性关系。
2.在不加偏压时，用日光灯照射，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
表（四）
X(cm)
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
J J0
I SC
1 0.86 0.73 0.63 0.55 0.48 0.42 0.38 0.35 0.31 6.5 5.7 4.6 4.0 3.3 2.8 2.5 2.2 2.0 1.8
表五
若入射光最大光强为J0 ,改变后光照强度为J ,测量不同相 对光照强度J/ J0 下的 ISC和 UOC, 得到 ISC和J/ J0 呈线性关 系,如图所示; UOC和 J/ J0近似呈指数函数关系,如图 所示.
3.测量太阳能电池的光电效应与电光性质
在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白光源14CM 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 ;改变太阳能电池到光源的距
离，用光功率计测量该处的光照强度 ，求光强 与位置关系。测量太阳能电池接受到相对光强度
J 不J 0同值时，相应的 和U OC 的值I 。SC (1).测量太阳J0能电池接受到相对光强度 JJ不J0同值时，
太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过
的电流的关系为 骣 qU
I = I0 琪 琪 桫enKT - 1
（1）
其中是二极管的反向饱和电流,是理想二极管参
数,理论值为1。是玻尔兹曼常量,为电子的电荷量,
为热力学温度。
令： b
=
q nKT
2． 当太阳能电池接上负载电阻后，太 阳能电池的输出电压和电流随着负 载电阻的变化而变化，当负载电阻 R=Rm时，太阳能电池的输出功率 为最大 即最大功率，对应电压和电 流，可知 Pm=ImUm
导致实验存在误差。 3. 在做不同光照强度下，太阳能电池电阻时，距离测量存在误 4. 在使用MATLAB处理数据时得到一些近似函数关系 ，存在一定
的误差，并不能完全真实反映实验结果。 5. 我们测得数据量有点不足，不能更细致的反映实验结果。 6. 由于数据本身就比较小,数据估读时存在较大误差,导致实验结
果不太理想。
【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
【实验分析】 本实验是是一个设计性实验，通过这个实验，我们 更多的了解 了太阳能电池，知道了他的更多特性。 但本实验由于各种原因 存在各种实验误差，导致实验结果不怎么理想。
分析： 1. 在测定全黑条件下伏安特性曲线时，未能保证太阳能电池处于
全黑状态。 2. 做测定不同负载电阻条件下功率时，由于电压表有分流作用，
（1） 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
表（二）
U（v）0.86 1.1 1.46 1.7 1.92 2.08 2.24 2.38 2.50 2.62 2.72
2
0
I (mA) 4.6 4.2 3.8 3.5 3.2 3.0 2.8 2.6 2.5 2.4 2.3
太阳能电池在不同负载电阻太阳能电池的电流I 和输出 电压U 的关系如图二 所示，它满足一个二次函数图像， 基本呈线性关系。
（2）.太阳能电池在光照时，测量输出功率与负载电阻的 关系。
表（三）
P(mW ) 4.0 5.0 5.5 6.0 6.2 6.3 6.4 6.3 6.3 6.2 6.0
R(K W) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
不加偏压下,将太阳能电池置于恒定光强照射下 (暗箱中,保持60 W 白炽灯光源到太阳能电池距 离为20 cm) . 由图可得负载电阻 R = 0.8 kΩ时, 太阳能电池 的最大输出功率Pm = 6.4 mW,短路电 流 ISC =2.86 mA ,开路电压 UOC =3.62 V. 算 得填充因子 FF = 61.8 %.
3.填充因子是表征太阳能电池质
量好坏的一个指标，将最大功率
和短路电流和断路电压的比值定
义为填充因子 即：
FF = Pmax ISCUOC
,说明太
阳能电池对光的利用率越高）。
【实验内容及步骤】
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0-3V）
太阳能电池基本特性测定与研究
太阳能电池基本特性测定与研究
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。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，许多发达国家对 它的研究投入了很多人力物力。作为新世纪的大学生， 我们有必要接触这些环保新能源，通过这个实验，我 们将更加了解了太阳能电池的一些特性，例如太阳能 电池电阻，开路电压随光照强度变化的规律，知道太 阳能电池的填充因子，提高我们的科学素养，为以后 的工作研究打下基础。
40505560626364636362600203040506070809101112不加偏压下将太阳能电池置于恒定光强照射下暗箱中保持60白炽灯光源到太阳能电池距离为20cm太阳能电池的最大输出功率pm64mw短路电sc286ma开路电压uoc362得填充因子ff在暗箱中用遮光罩挡光取离白光源14cm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
相应的 和的I SC 值。U OC (2).描绘 I和SC 相对光强 之J间J的0 关系曲线，并求
它们之间的近似关系函数。
(3).描绘 U和OC相对光强 之J间J的0 关系曲线，并求 他们之间的近似关系函数。
3.测量太阳能电池I SC 和U OC 与相对光强 J J0 的关系
取14cm处的光照强度为标准光照强度J0
（1）设计测量电路图，并连接。
（2）利用测得的正向偏压时I-U关系数据，
画出
I-U曲线并求出常数
b
=
q nKT
和
J0 的值。
【数据记录及处理】 1.无光条件下太阳能电池在外加偏压时伏安特性
表（一）
U(V )
1.3 1.4 1.8 2.05 2.3 2.5 2.6 2.7 2． 2.9 3．
8
0
I (A) 30 50 70 100 150 200 250 300 350 400 450
图一
（1）如图一连接电路图
（关2系），测画量出电池U在曲不- 线同I 图负。载电阻下，U 对 I变化
（3）测量短路电流 I SC和开路电压 U O。C
（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。
（5）计算填充因子 FF = Pmax ISCUOC
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。
【实验目的】
1. 了解无光照时测量太阳能电池的伏安 特性曲线
2. 测定太阳能电池的最大输出功率及填 充因子，得出太阳能电池的光电转化 效率。
【实验仪器】
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
【实验原理】
1. 太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收
的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将
处理数据得在全暗情况下测量太阳能电池在
正向偏压下太阳能电池的电流 I 和太阳能电池的 输出电压U ,得到 I-U 图,如图一 所示;在2.8 V 以 下的区域可以满足上面函数关系. 电压很大时，I 和U基本成线性关系。
2.在不加偏压时，用日光灯照射，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
表（四）
X(cm)
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
J J0
I SC
1 0.86 0.73 0.63 0.55 0.48 0.42 0.38 0.35 0.31 6.5 5.7 4.6 4.0 3.3 2.8 2.5 2.2 2.0 1.8
表五
若入射光最大光强为J0 ,改变后光照强度为J ,测量不同相 对光照强度J/ J0 下的 ISC和 UOC, 得到 ISC和J/ J0 呈线性关 系,如图所示; UOC和 J/ J0近似呈指数函数关系,如图 所示.
3.测量太阳能电池的光电效应与电光性质
在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白光源14CM 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 ;改变太阳能电池到光源的距
离，用光功率计测量该处的光照强度 ，求光强 与位置关系。测量太阳能电池接受到相对光强度
J 不J 0同值时，相应的 和U OC 的值I 。SC (1).测量太阳J0能电池接受到相对光强度 JJ不J0同值时，
太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过
的电流的关系为 骣 qU
I = I0 琪 琪 桫enKT - 1
（1）
其中是二极管的反向饱和电流,是理想二极管参
数,理论值为1。是玻尔兹曼常量,为电子的电荷量,
为热力学温度。
令： b
=
q nKT
2． 当太阳能电池接上负载电阻后，太 阳能电池的输出电压和电流随着负 载电阻的变化而变化，当负载电阻 R=Rm时，太阳能电池的输出功率 为最大 即最大功率，对应电压和电 流，可知 Pm=ImUm
导致实验存在误差。 3. 在做不同光照强度下，太阳能电池电阻时，距离测量存在误 4. 在使用MATLAB处理数据时得到一些近似函数关系 ，存在一定
的误差，并不能完全真实反映实验结果。 5. 我们测得数据量有点不足，不能更细致的反映实验结果。 6. 由于数据本身就比较小,数据估读时存在较大误差,导致实验结
果不太理想。
【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
【实验分析】 本实验是是一个设计性实验，通过这个实验，我们 更多的了解 了太阳能电池，知道了他的更多特性。 但本实验由于各种原因 存在各种实验误差，导致实验结果不怎么理想。
分析： 1. 在测定全黑条件下伏安特性曲线时，未能保证太阳能电池处于
全黑状态。 2. 做测定不同负载电阻条件下功率时，由于电压表有分流作用，
（1） 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
表（二）
U（v）0.86 1.1 1.46 1.7 1.92 2.08 2.24 2.38 2.50 2.62 2.72
2
0
I (mA) 4.6 4.2 3.8 3.5 3.2 3.0 2.8 2.6 2.5 2.4 2.3
太阳能电池在不同负载电阻太阳能电池的电流I 和输出 电压U 的关系如图二 所示，它满足一个二次函数图像， 基本呈线性关系。
（2）.太阳能电池在光照时，测量输出功率与负载电阻的 关系。
表（三）
P(mW ) 4.0 5.0 5.5 6.0 6.2 6.3 6.4 6.3 6.3 6.2 6.0
R(K W) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
不加偏压下,将太阳能电池置于恒定光强照射下 (暗箱中,保持60 W 白炽灯光源到太阳能电池距 离为20 cm) . 由图可得负载电阻 R = 0.8 kΩ时, 太阳能电池 的最大输出功率Pm = 6.4 mW,短路电 流 ISC =2.86 mA ,开路电压 UOC =3.62 V. 算 得填充因子 FF = 61.8 %.
3.填充因子是表征太阳能电池质
量好坏的一个指标，将最大功率
和短路电流和断路电压的比值定
义为填充因子 即：
FF = Pmax ISCUOC
,说明太
阳能电池对光的利用率越高）。
【实验内容及步骤】
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0-3V）
太阳能电池基本特性测定与研究
太阳能电池基本特性测定与研究
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。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，许多发达国家对 它的研究投入了很多人力物力。作为新世纪的大学生， 我们有必要接触这些环保新能源，通过这个实验，我 们将更加了解了太阳能电池的一些特性，例如太阳能 电池电阻，开路电压随光照强度变化的规律，知道太 阳能电池的填充因子，提高我们的科学素养，为以后 的工作研究打下基础。
40505560626364636362600203040506070809101112不加偏压下将太阳能电池置于恒定光强照射下暗箱中保持60白炽灯光源到太阳能电池距离为20cm太阳能电池的最大输出功率pm64mw短路电sc286ma开路电压uoc362得填充因子ff在暗箱中用遮光罩挡光取离白光源14cm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
相应的 和的I SC 值。U OC (2).描绘 I和SC 相对光强 之J间J的0 关系曲线，并求
它们之间的近似关系函数。
(3).描绘 U和OC相对光强 之J间J的0 关系曲线，并求 他们之间的近似关系函数。
3.测量太阳能电池I SC 和U OC 与相对光强 J J0 的关系
取14cm处的光照强度为标准光照强度J0
（1）设计测量电路图，并连接。
（2）利用测得的正向偏压时I-U关系数据，
画出
I-U曲线并求出常数
b
=
q nKT
和
J0 的值。
【数据记录及处理】 1.无光条件下太阳能电池在外加偏压时伏安特性
表（一）
U(V )
1.3 1.4 1.8 2.05 2.3 2.5 2.6 2.7 2． 2.9 3．
8
0
I (A) 30 50 70 100 150 200 250 300 350 400 450