报告光伏效应实验报告.docx
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报告光伏效应实验报告
【关键字】报告
光伏效应实验报告
篇一：
光伏效应实验报告
篇一：
半导体光伏效应实验
实验4半导体光伏效应实验
本实验以单晶硅太阳能电池为例，通过实验让学生了解太阳能光伏电池的机理，学习和掌握测量短路电流的方法和技巧，以及光电转换的基本参数测量。
一、实验目的
1、初步了解太阳能电池机理
2、测量太阳能电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系
二、实验原理
在p型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n结（如图1），由于光照，在a、b电极之间出现一定的电动势。
在有外电路时，只要光照不停止，就会源源不断地输出电流，这种现象称为光伏效应。
利用它制成的元器件称之为太阳能电池。
光伏效应最重大的应用是可以将阳光直接转换成电能，是当今世界众多国
家致力研究和开拓应用的课题。
从光伏效应的机理可知，太阳能电池输出的电流il是光生电流ip和在光生电压vp作用下产生的p-n结正向电流if之差，即il?
ip?
if。
根据p-n结的电流和电压关系
qvp
if=is（e
kt
-1）
is为反向饱和电流，式中vp是光生电压，
所以输出电流
qvp
il=ip–is（e
kt
-1）
（1）
此即光电流表达式。
通常ip>>is，上式括号内的1可忽略。
对于太阳能电池有外加偏压时，
（1）式应改为
qv
图1光伏效应结构示意图
i
l
=il+i=il+is（e
kt
-1）
（2）
qv
上式中is（e
kt
-1），就是p-n结在外加偏压v
作用下的电流。
图2中的（a）（b）两条曲线分别表示无光照和有光照时太阳能电池的i-v特性，由此可知，太阳能电池的伏安特性曲线相当于把p-n结的伏安特性曲线向下平移，它在横轴与纵轴的截距分别给出了voc和isc。
图2太阳能电池的伏安特性实验表明：
在v=0情况下，当太阳能电池外接负载电阻rl，其
输出电压和电流均随rl变化而变化。
只有当rl取某一定值时输出功率才能达到最大值pm，即所谓最佳匹配阻值rl?
rlb，而rlb则取决于太阳能电池的内阻ri=
voc
vocisc
。
因
和isc均随光照强度的增强而增大，所不同的是voc与光强的对数成正比，isc和ri都是太阳能电池的重要参数，最大输出功率pm和voc与isc乘积之比
ff=
pmvocisc
与光强（在弱光下）成正比，所以ri亦随光强度变化而变化。
如图3所示。
voc、isc
（3）
ff是表征太阳能电池性能优劣的指标，称为填充因子。
ff越大，太阳能电池的转换效率就越高。
ff最大值约为0.75－0.85。
太阳能电池的等效电路（如图4），在一定负载电阻rl范围内可以近似地视为一个电流源ips与内阻ri并联，和一个很小的电极电阻rs串联的组合。
图3开路电动势、短路电流与光强关系曲线图4太阳能电池等效电路
四、实验方法
1、光强调节与强度的表示
本实验所用光源为led（发光二极管），根据led的输出功率与驱动电流呈线性关系，利用改变led的静态工作电流确定光强的相对值。
仪器设定led的工作电流调节范围为0-20ma，对应显示器上的数值为0-XX。
也可用“归一”法表示光强，即设jm为最大光强，j为改变后的光强，则j/jm为无量纲的相对光强。
2、标尺的设定
为了调节光源与光电池的间距和试样表面光照的均匀度，设置了水平及笔直方向可调的标尺。
选择三色发光管中任一颜色光源，接通led驱动电源，调节id指示为1000左右，功能切换开关置voc档。
将水平标尺调到10mm左右；再调笔直标尺，使开路电压voc达到最大值，并保持该状态直至该颜色光源的所有实验完毕为止。
由于三色led的发光中心不在同一点，所以对不同颜色光源，都应按照上述方法重新调试笔直标尺。
3、led驱动电流源粗调和细调旋钮的使用
id的调节通过粗调和细调旋钮来实现。
细调旋钮只在id输出较高时起作用，如id显示为1900时，最后一位“0”可能会跳动，这时可通过调节细调旋钮使其稳定。
五、实验内容
1、测量开路电动势voc与光强id的关系
测量线路如图5所示。
将功能切换开关打到voc档，然后将面板上voc（毫伏表）正、负输入端与pv装置的太阳能电池正、负输出端对应连接。
按实验所需光源颜色，接通led驱动电源。
并调节标尺找到实验最佳工作状态。
调节id=0（即将粗调和细调旋钮旋至最小），此时由于pv装置不完全密封（如导线的入口处），可能有光线漏进装置中,使得voc显示不为0。
调节id测量不同光强下，太阳能电池的开路电动势voc。
将数据记入表1,并绘制voc～id曲线，说明其关系。
图5测量开路电压voc线路图
表1
2、短路电流isc的测量
测量线路图如图6所示。
将功能切换开关打到isc档（注：
在开启“dc0-1v电源”前请先确
认i0旋钮旋转到最小处，以防在瞬间接通时us处于较大值，损坏太阳能电池）；调节dc0-1v电源us输出，使微安表读数i0为10.00-18.00?
a（建议取10.00?
a）。
在某一光强id下，改变可调电阻r，使流过检流计（g）的电流ig为零。
此时ab两点之间和ac两点之间的电压应相等,即vab=vac。
因而ir=i0r0,即短路电流
isc
=i=
i0r0r
（r0为微安计内阻，为10k?
）
图6测量短路电流isc线路图
测量不同红光光强下，短路电流isc与光强id的关系，将数据记入表2，并绘制isc～id曲线，说明其关系。
表23、按下式求出太阳能电池的内阻ri，并绘制ri~id曲线（自拟表格），说明其关系。
ri?
vocisc
4、流过负载电流il与负载两端电压vl关系测量
选择红光光源进行实验。
测量线路如图7所示。
r*为实验仪上标示的il取样电阻，为10kω；rl为功能切换开关打到il档。
太阳能电池在恒定光照下（取id约为1000），测量在不同负载电阻rl时流过的电流il与输出电压vl=il?
rl?
r?
?
将数据记入表3，并绘制il~vl曲线。
*
图7负载特性测量线路图
图8光电流与负载电阻两端电压关系曲线
计算不同负载电阻下输出功率p，即p=vlil，并绘出p~rl曲线，说明其关系，确定pm时的rlb
及填充因子ff?
pmvocisc
。
表3
篇二：
光电效应测普朗克常量实验报告
三、实验原理1.光电效应
当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。
所产生的电子，称为光电子。
光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。
当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便获得这光子的全部能量hv，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功w，电子就会从金属中逸出。
按照能量守恒原理有：
（1）
上式称为爱因斯坦方程，其中m和?
m是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面
后所具有的最大动能。
它说明光子能量hv小于w时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率v0=w/h，称为光电效应的极限频率（又称红限）。
不同的金属材料有不同的脱出功，因而υ0也是不同的。
由
（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。
这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。
显然，有
代入
（1）式，即有
（3）
由上式可知，若光电子能量
，则不能产生光电子。
产生光电效应的最低频率是
（2）
，通常称为光电效应的截止频率。
不同材料有不同的逸出功，因而也不同。
由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。
又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子ν的频率成正比，，将（3）式改写为
（4）
上式表明，截止电压是入射光频率ν的线性函数，如图2，当入射光的频率时，截止电压，没有光电子逸出。
图中的直线的斜率是一个正的常数：
（5）由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的通过式（5）求出普朗克常数h。
其中曲线，并求出此曲线的斜率，就可以是电子的电量。
图2u0-v直线
2.光电效应的伏安特性曲线
图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。
频率为ν、强度为p的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。
如在阴极k和阳极a之间加正向电压，它使k、a之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。
当正向电压增加到时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。
图3光电效应原理图
由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流i存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压达到截止电压时，光电流为零。
图4入射光频率不同的i－u曲线图5入射光强度不同的i－u曲线爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。
实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：
（1）暗电流和本底电流。
当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，称为暗电流。
它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。
室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。
暗电流和本底电流随着k、a之间电压大小变化而变化。
（2）阳极电流。
制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。
由于它们的存在，使得i～u曲线较理论曲线下移，如图6所示。
图6伏安特性曲线
五、数据记录与处理1、零电流法测h第一组：
普朗克常数：
6.65×
j·s误差0.30%第二组：
普朗克常数：
6.64×第三组：
普朗克常数：
6.64×2、补偿法测h普朗克常数：
6.68×
j·s误差0.88%
j·s误差0.26%j·s误差0.21%3、伏安特性曲线见下页。
六、思考讨论
1、什么是光电效应，及内，外光电效应和单光子，多光子光电效应。
当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。
所产生的电子，称为光电子。
常说的光电效应是外光电效应，即电子从金属表面逸出。
内光电效应是光电效应的一种，主
要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。
内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：
当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。
光生伏特效应：
当一定波长的光照射非均匀半导体（如pn结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压。
篇三：
关于各种物理效应实验专题的报告
关于各种物理效应实验专题的报告
【摘要】：
本文主要对各种物理效应实验专题（液晶电光效应、太阳能电池伏安特性的测量、光电效应）作简要的原理介绍，同时对实验结果进行了阐述和分析，并且由实验结果分析得到相关实验结论。
最后分析了各实验的应用前景。
【关键
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