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太阳能电池基本特性测定实验
　　太阳能电池就是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,就是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池就是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性与灵活性三大优点、太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染。
太阳能电池根据所用材料的不同,可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类,其中硅太阳能电池就是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池与非晶硅薄膜太阳能电池三种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用与工业生产中仍占据主导地位,但由于单晶硅成本价格高,大幅度降低其成本很困难,为了节省硅材料,发展了多晶硅薄膜与非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉,而效率高于非晶硅薄膜电池,其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此,多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻,转换效率较高,便于大规模生产,有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应,稳定性不高,直接影响了它的实际应用。
太阳能的利用与太阳能电池的特性研究就是21 世纪的热门课题,许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验,通过实验了解太阳能电池的电学性质与光学性质,并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验,联系科技开发实际,有一定的新颖性与实用价值。
【实验目的】
1、 无光照时,测量太阳能电池的伏安特性曲线;
2、 有光照时,测量电池在不同负载电阻下,对变化关系,画出曲线图;并测量太阳能电池的短路电流、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、开路电压与光照度的关系,求出它们的近似函数关系。
【实验仪器】
白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关
连接导线若干
【实验原理】
太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就就是光伏效应太阳能电池的工作原理。
在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流的关系为
(1)
其中就是二极管的反向饱与电流,就是理想二极管参数,理论值为1。就是玻尔兹曼常量,为电子的电荷量,为热力学温度。(可令)
由半导体理论知,二极管主要就是由如图所示的能隙为的半导体所构成。 为半导体导电带,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