太阳能电池内阻测量

太阳能电池内阻测量

一．实验目的

1.熟悉太阳能电池的工作原理

2.对太阳能电池在有光照情况下的内阻进行测量

二．实验原理

1.太阳能电池结构

如下图所示：

图1：硅太阳能电池结构图

以硅太阳能电池的结构为例，硅太阳能电池是以硅半导体材料制成的大面积的PN结，经过串联并联所构成的。在N型材料上层面上制作金属栅线，作为面接触电极。背面也制作了金属膜作为接触电极。这样就形成了太阳能电池板。一般来说为了减小光反射带来的反射损失，会在表面覆上一层减反膜。

2.光伏效应

用光照射到PN结上时，半导体PN结吸收光能之后，两端会产生电动势。这种现象

称为光生伏特效应，简称光伏效应。由于P-N结耗尽区内存在着较强的内静电场，因而产生在耗尽区中的电子和空穴对，在内静电场的作用下，各向相反方向运动，离开耗尽区，结果使得P区电势升高，N区电势降低，在P-N结的两端产生形成了光生电动势，这就是P-N 结的光伏效应。

光电池的工作原理基于光伏效应，当光照射到太阳能电池板时，太阳能电池吸收光能，并将所吸收的光能转化为电能。而在没有光照的情况下，可将其市视作一个二极管。当太阳能电池短路的时候，可以测得其短路电流，开路时，可以测得它的开路电压。根据，不同光照下，太阳能电池的输出的电压和电流大小不同，我们可以做出不同光照强度下的太阳能电池的伏安曲线，从而可以求得不同光照强度下的太阳能电池的内阻。

三．实验器材

太阳能电池板万用表不同阻值的电阻若干

四．实验内容及步骤

1.测量在室内光照下的太阳能电池的开路电压U0，以及短路电流I0。

2.在室内光照下，测量电池在不同负载的情况下的电流和电压的大小，记录实验数据，做出I-U曲线，求得内阻。

3.在强光照射下，重复上述步骤。测得实验数据。

实验原理图如下图所示：

图2：测量的实验测量图

五．实验数据及处理

1.实验数据

A.在室内光照强度（弱光）下实验数据：

太阳能电池的开路电压为：21.7mV

负载

/Ω

0 1 2 8 33 68 101 330 660 1k 2k 3.3k 9.9k

电压

/mV

0 5.9 5.8 5.9 6.5 7.4 8.1 11.5 13.7 15.0 16.7 17.6 18.5

电流/mA 0.05

5

0.05

5

0.05

3

0.05

1

0.04

6

0.04

2

0.03

9

0.02

6

0.01

8

0.01

3

0.00

8

0.00

5

0.00

15

表一

B.在强光照射下的实验数据：

太阳能电池的开路电压：316mV

负载/Ω0 1 2 8 33 68 101 330 660 1k 2k 3.3k 9.9

k

电压

/mV

0 72 70 84 90 106 117 170 208 232 248 270 297

电流/mA 0.78

9

0.68

5

0.65

6

0.72

3

0.65

5

0.61

5

0.56

8

0.39

9

0.27

2

0.21

7

0.11

7

0.07

9

0.0

29

表二

2.数据处理

电池的电动势为E，外部分压为U，则有基本定理可知，E=U+I*r 其中r即为电动势的内阻。而电动势E即是开路电压。

下图所示为在弱光下的I-U曲线。（除去奇点后）

图3：在弱光照射下的I-U曲线在强光照射下的I-U曲线如下：

图4：在强光照射下的I-U曲线

A.在室内光照下与强光照射下

不同负载下，内阻的情况。如下表格所示：

负载

/Ω

1 2 8 33 68 101 330 660 1k 2k 3.3k 9.9k

弱光

287.

4Ω300

Ω

298.

1Ω

330.

4Ω

340.

4Ω

348.

7Ω

392.

3Ω

444

Ω

515.

4Ω

625

Ω

820

Ω

2.13

KΩ

强光

356.

2Ω375

Ω

320.

8Ω

345

Ω

341.

4Ω

350.

3Ω

365.

9Ω

397

Ω

387.

1Ω

581.

2Ω

582.

7Ω

655.

2Ω

由表格中可以看出，无论在哪种情况下，太阳能电池的内阻是随着外接负载的增大而增大的。在弱光情况下，内阻的变化更大。负载的大小成为内阻变化的主要因素。而对比在强光作用下接相同负载的情况下。在330Ω的负载之前，强光照射下的太阳能电池的内阻更大一些，随后内阻随负载增加的趋势没有在弱光下如此明显。