物理实验太阳能电池特性测定原理

【实验原理】

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, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=10nKT qU

e I I (1)

其中0I 是二极管的反向饱和电流,n 是理想二极管参数,理论值为1。K 是玻尔兹曼常量,q

为电子的电荷量,T 为热力学温度。（可令

nKT

q

=

β）

由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为

V C E E -的半导体所构成。C

E 为半导体导电带，V E

为半导体价电带。 当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。 电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。

光电流示意图

太阳能电池的基本技术参数除短路电流SC I 和开路电压OC U 外, 还有最大输出功率m ax P 和

填充因子FF 。最大输出功率

m ax P 也就是IU 的最大值。填充因子FF 定义为

OC SC U I P FF max

=

(2)

FF 是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。FF 值越大,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U I -特性（直流偏压从

V 0.30-）

（1）设计测量电路图，并连接。

图1

（2）利用测得的正向偏压时U I -关系数据，画出U I -曲线并求出常数nKT

q =

β和0I

的值。 2.在不加偏压时，用白色光照射，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cm 20

（1）设计测量电路图，并连接。

图2

（2）测量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）求短路电流SC I 和开路电压OC U

。

（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

OC SC U I P FF max

=

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

0J ;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

J ，求光强J 与位置关系。测量太阳能电池接受到相对光强度0J J 不同值时，相应的SC I 和

OC U 的值。

（1） 设计测量电路图，并连接。

（2） 测量太阳能电池接受到相对光强度0J J 不同值时，相应的SC I 和OC U 的值。

（3） 描绘SC I 和与相对光强

0J J 之间的关系曲线，求SC I 和与相对光强0J J 之间的近

似关系函数。

（4） 描绘OC U

和与相对光强0J J 之间的关系曲线，求OC U 和与相对光强0J J 之间的

近似关系函数。

【数据记录及处理】

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。

3.

)

(V

U

)

(A

Iμ)

(mW

P

) )

(mA

I

(P

【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。