太阳能电池实验指导书.docx
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太阳能电池实验指导书
太阳能电池原理与工艺
实
验
指
导
衡水学院物理系
实验一太阳能电池暗伏安特性测试
实验目的：
1、了解和掌握太阳能电池板工作原理
2、测试太阳能电池板暗伏安特性
实验原理：
暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。
太阳能电池的基本机构是一个大面积平面P-N结，单个太阳能电池单元的P-N结面积已远大于普通的二极管。
在实际应用中，为得到所需的输出电流，通过将若干电池单元并联。
为得到所需输出电压，通常将若干已并联的电池组串联。
因此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组成组件的串并连关系。
实验步骤：
1、在实验台上按照下图连接好实验导线。
2、用遮光板完全遮挡住太阳能电池板的表面，将电阻箱的阻值调节到50Ω。
3、将“可调稳压电源”的电压调至0V，然后逐渐增大输出电压，每隔0.5V记录一次电流值于下表中。
4、将“可调稳压电源”的电压调至0V，对调“可调稳压电源”输出接口的红黑线。
即给太阳能电池板加反向电压，逐渐增大反向输出电压，每隔0.5V记录一次电流值于下表中。
电压（V）
-5
-3.5
-3
-2.5
-2
-1
0
1
2
2.5
3
3.5
5
8
电流（μA）
5、根据表格电压电流值画出太阳能电池的暗伏安特性曲线图。
课后思考：
根据所做I-V曲线说明太阳能电池的暗伏安特性遵循什么规律
实验二太阳能电池I-V、P-V特性测试
实验目的：
1、测量太阳能电池开路电压、短路电流
2、掌握太阳能电池输出电流、电压与负载之间的关系
3、掌握太阳能电池输出功率与电压之间的关系
4、根据测量结果计算填充因子FF
实验原理：
测量太阳能电池输出特性中电流和电压关系。
当负载为0时太阳能电池处于短路状态,此时所输出的电流为短路电流，用
表示。
当负载为
时太阳能电池处于开路状态,此时所输出的电压为开路电流，用
表示。
太阳能电池是一个限功率的电源。
根据光照情况的不同，其输出功率是变化的。
太阳能电池在带载时，如果电流增大,电压是下降的,在不同的光照条件下，通过调整负载电流，测试电压输出特性。
实验步骤：
1、连接好模型和实验箱之间的三根电缆线。
2、在实验箱上按照下图连接好实验导线。
3、将“充电电压表”调节至“DC200MA”档，将“充电电压表”调节至“DC20V”档。
4、打开实验箱左下角的“总电源”开关，顺时针扭动开启“光源”里面右边的旋钮开关。
5、将太阳能电池板调节到合适位置如50cm处，按如下数值调节电阻箱阻值，并记录下每个刻度的电压、电流值。
电阻（Ω）
0
50
100
120
150
200
220
230
240
250
电流（mA）
电压（V）
功率（mW）
电阻（Ω）
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
电流（mA）
电压（V）
功率（mW）
电阻（Ω）
360
380
400
450
480
500
800
1K
5K
9K
电流（mA）
电压（V）
功率（mW）
6、根据表格电压电流值画出太阳能电池的I-V，P-V特性曲线图。
下图是理想的I-V曲线图和最大功率图
注意事项：
1、接线示意图中红线用红色的实验导线，黑线用黑色的实验导线。
2、投光灯上的温度较高，小心烫手。
3、本实验仪分两大部分。
主体是实验箱，另一部分是模拟光源和太阳能电池板。
4、做实验之前，请先连接好两部分之间的连接线。
（先将太阳能电池两芯航空插接入实验箱上的“光伏板输入”接口，再将投射灯的三芯航空插接入实验箱上的“光源电源”接口，最后将测温探头接入实验箱的“探头输入”）
5、为了保证实验精度实验过程中个表的量程要合适选择；电阻箱阻值严格按表格要求从小到大或从大到小变化。
课后思考：
1、结合所做V-I曲线，说明表格中的电阻的变化为什么不是等量递增；
2、测出
与
并与仪器标称数值比较，得到什么结论；
3、根据所做曲线找到最大功率点；
4、计算填充因子有几种方法，本实验中采用什么方法，为什么？
实验三光强对太阳能电池开路电压、
短路电流的影响
实验目的：
1、掌握光照强度对太阳能电池开路电压的影响
2、掌握光照强度对短路电流的影响
实验原理：
根据太阳能电池
与
的定义连接电路，并测试在光强度变化时对其影响。
实验步骤：
一、短路电流：
1、连接好模型和实验箱之间的三根电缆线。
2、在实验箱上按照图1连接好实验导线。
图1短路电流测试图2开路电压测试
3、将“充电电流表”调节至“DC200MA”档。
4、打开实验箱左下角的“总电源”开关，顺时针扭动开启“光源”里面右边的旋钮开关，将投光灯点亮。
5、将太阳能电池板缓慢移向投光灯，并记录下每个刻度的电流值与光照度。
填入下表
距离（cm）
70
60
50
40
30
20
10
光照度（lux）
电流（mA）
二、开路电压：
1、将上述实验中的电流表换成电压表，量程选择为“DC20V”档。
2、重复上述步骤记录每个刻度的电压值与光照度并记录在下表
距离（cm）
70
60
50
40
30
20
10
光照度（lux）
电压（V）
注意事项：
1、以上实验中是通过距离光源的远近来改变光照度（光强）的大小的，当然也可以通过实验箱上的光源调节旋钮进行调节，那么在这种情况下刻度也就没有什么意义了；
2、为减小温度的影响，开路电压、短路电流的测量过程中，电池板要由近及远来移动。
3、实验中应用光强度计记录每个刻度时的光照强度；由于实验室只有光照度计，并且在实验条件不变的情况下二者之间具有一定关系。
课后思考：
根据所测量数据做相应的
、
随光照度的变化曲线，并利用所学知识解释曲线的变化规律。
开路电压、短路电流随光照度的变化情况
实验四温度对太阳能电池特性影响实验
实验目的：
1、掌握电池板温度对太阳能电池开路电压短路电流的影响
实验原理：
在光照强度一定的条件下，改变电池板的温度，测量开路电压与短路电流的变化情况
实验步骤：
一、短路电流：
1、连接好模型和实验箱之间的三根电缆线。
2、在实验箱上按照图1连接好实验导线。
图1短路电流测试图2开路电压测试
3、将“充电电流表”调节至“DC200MA”档。
4、打开实验箱左下角的“总电源”开关，顺时针扭动开启“光源”里面右边的旋钮开关，将投光灯点亮。
5、在一定光照度下，将太阳能电池板移向投光灯进行加热。
观察试验箱上电池板温度的变化情况，当温度上升到70℃左右时停止加热。
6、将电池板移到20cm刻度处降温，记录在每个温度观察点的短路电流，填入下表
温度（℃）
65
60
55
50
45
40
35
电流（mA）
二、开路电压：
1、将上述实验中的电流表换成电压表，量程选择为“DC20V”档。
2、重复上述步骤记录每个刻度的电压值与光照度并记录在下表
温度（℃）
65
60
55
50
45
40
35
电压（V）
课后思考：
根据所测量数据做相应的
、
随温度的变化曲线，并利用所学知识解释曲线的变化规律。
实验五光强对太阳能电池能量转换效率的影响
实验目的：
1、掌握光照强度对太阳能电池效率的影响
2、掌握太阳能电池功率随光强的变化情况
3、掌握太阳能电池效率ηs（%）的概念及计算方法
实验原理：
1、太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率,等于太阳能电池的最大输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比:
ηs（%）=
×100%
2、公式中Pmax为太阳能电池板的最大输出功率，Pin为入射到太阳能电池板表面的光功率。
其中Pin需光功率计才能测得。
3、单晶硅的转换效率最高，技术也最为成熟。
在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的转换效率在15%左右。
4、理论分析及实验表明，在不同的光照条件下，短路电流随入射光功率线性增长。
而开路电压在入射光功率增加时只略微增加。
如下图所示；
实验步骤：
1、连接好模型和实验箱之间的三根电缆线。
2、在实验箱上按照下图连接好实验导线。
3、将“充电电压表”调节至“DC200MA”档，将“充电电压表”调节至“DC20V”档。
4、打开实验箱左下角的“总电源”开关，顺时针扭动开启“光源”里面右边的旋钮开关。
5、将太阳能电池板固定在某一位置如50cm处，调节灯光旋钮并记录此时的光照度E。
将电阻箱调节如下几组阻值，并记录下每个刻度的电压、电流值于下表中。
电阻（Ω）
0
50
100
120
150
200
220
230
240
250
电流（mA）
电压（V）
功率（mW）
电阻（Ω）
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
电流（mA）
电压（V）
功率（mW）
电阻（Ω）
360
380
400
450
480
500
800
1K
5K
9K
电流（mA）
电压（V）
功率（mW）
6、调节6组不同的光照度E，重复步骤5,并找出上表中不同光照度下的最大功率，记录在下表中
照度（lux）
最大功率（mW）
7、将上述表格中的数据作图：
a.不同光照度E下I-V、P-V曲线
b.最大功率与不同光照度的Pmax-E曲线
实验六太阳能电池的光谱特性测试
实验目的：
1、测试不同频率的光对太阳能电池特性的影响
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。
这就是光伏效应太阳能电池的工作原理。
太阳能电池只能吸收频率υ>Eg/h的光来产生光电子。
短路电流的大小可以用产生光电子的数目来衡量。
采用相同强度的不同频率的光照射电池板，由于不同频率的光子所具有的能量不同，在相同强度下频率大的单色光中的光子数要少。
硅太阳能电池，能够吸收整个可见光频带，则高频光照射所产生的光电流比低频光要小。
实验步骤：
1、连接好模型和实验箱之间的三根电缆线。
2、在实验箱上按照下图连接好实验导线。
短路电流测试
3、将“充电电流表”调节至“DC200MA”档。
4、打开实验箱左下角的“总电源”开关，顺时针扭动开启“光源”里面右边的旋钮开关，将投光灯点亮。
5、在一定光照度下，用不同颜色的遮光板遮挡光源；
6、将电池板移到50cm刻度，记录不同单色光照射时所产生的短路电流填入下表；
颜色
白光
红
橙
绿
紫
黑
短路电流（mA）
课后思考：
1、根据实验结果判断各单色光的频率的大小关系，并与已知结论进行对比；
2、思考开路电压在不同单色光照射下有怎样的变化规律。
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