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光伏效应试验报告

篇一：光伏效应试验报告

篇一：半导体光伏效应试验试验4 半导体光伏效应试验

本试验以单晶硅太阳能电池为例，通过试验让学生了解太阳能光伏电池的机理，学习和把握测量短路电流的方法和技巧，以及光电转换的根本参数测量。

一、试验目的

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、试验原理

在p型半导体上集中一薄层施主杂质而形成的p-n结〔如图1〕，由于光照，在a、b电极之间消灭肯定的电动势。在有外电路时，只要光照不停顿，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

家致力争论和开拓应用的课题。

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。依据p-n结的电流和电压关系

qvpif=is〔ekt

-1)

is为反向饱和电流，式中vp是光生电压，所以输出电流

qvpil=ip–is(ekt

-1)(1)

此即光电流表达式。通常ipis，上式括号内的1可无视。对于太阳能电池有外加偏压时，〔1〕式应改为

qv

图1光伏效应构造示意图

i

l

=il+i=il+is(e

kt

-1)〔2〕qv

上式中is(ekt

-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试验说明：在v=0状况下，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取某肯定值时输出功率才能到达最大值

pm，即所谓最正确匹配阻值rl?rlb，而rlb则取决于太阳能电池的内阻ri=voc

vocisc

。因

和isc均随光照强度的增加而增大，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)，在肯定负载电阻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、试验方法

1、光强调整与强度的表示

本试验所用光源为led(发光二极管)，依据led的输出功率与驱动电流呈线性关系，利用转变led的静态工作电流确定光强的相对值。仪器设定led的工作电流调整范围为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为转变后的光强，则j/jm为无量纲的相对光强。

2、标尺的设定

为了调整光源与光电池的间距和试样外表光照的均匀度，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，调整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到达最大值，并保持该状态直至该颜色光源的全部试验完毕为止。由于三色led的发光中心不在同

一点，所以对不同颜色光源，都应依据上述方法重调试笔直标尺。

3、led驱动电流源粗调和细调旋钮的使用

id的调整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，最终一位“0”可能会跳动，这时可通过调整细调旋钮使其稳定。五、试验内容

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。按试验所需光源颜色，接通led驱动电源。并调整标尺找到试验最正确工作状态。

调整id=0〔马上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