太阳能电池基本特性的测量 太阳能的利用和太阳能电池特性研究是 21 世纪新型能源开发的重点课题。目前硅太阳 能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已应用于许多民用领域，如太阳能汽车、太阳能 收音机、太阳能电站，目前太阳能作为一种清洁、绿色的再生能源有着广泛的应用前景。本 实验主要研究太阳能电池的基本特性、吸收光能转变为电能的特性。 一、实验目的： （1）测定太阳能电池在无光照条件下的伏安特性，验证它与二极管具有相同的特性 （2）测定太阳能电池在光照时的输出特性，并求出短路电流、开路电压、最大输出功率及 填充因子 （3）测定太阳能电池随光照变化的特性。 二、实验仪器： 光具座、太阳能电池、数字万用表两块、电阻箱、直流电源、光功率计和探头、开关、 电路板、导线 三、实验原理： 太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，正向偏压 u 与通过电流 I 的关系为 I 1)  ， 0I 和是常数。 u 0( I e  E 根据半导体理论，二极管主要是由能隙为 c E 的半导体构成， cE 为半导体电带， vE 为 半导体价电带。入射光光子的能量为 hv ( h 为普朗克常数， v 为光的频率)，当光子能量 hv E  时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对，它们分别受到半导体内电场作 E  v c v 用而产生光电流。太阳能电池在工作时的简化电路如图所示，它可等效为一个电流源与二极 管的并联。 由图可知： I   I d  I ph  u 0( I e  1) I ph u  I  当输出短路时： 0 I  I 短路电流 sc ph 当输出开路时： 0 1) 0 phI   → ocu 为开路电压 u ( I e  I  代入上式得： ocu I e 0(  scI  1) 四、实验内容和要求： 1、在无光照条件下测量太阳能电 池正向偏压时的 I U 特性 （1）用盖板盖住太阳能电池，使太阳能电池在 phI 1V + 太阳能电池 I u dI 2V R 图一 

无光照条件下工作。 （2）按图一连接线路，置电阻箱电阻为 1k  ，调节电源的输出电压，使太阳能电池两端电 压从 0.5~3V 范围内的变化，分别记下太阳能电池和电阻两端的电压 1u 和 2u 。 （3）根据 I  式将 2u 换算成电流 I ，分别将 1u ， 2u ， I 填入表（一）中。 2u R ue  ，上式 1 I  u 0( I e 1)  可简化为 I  1u I e o ，两边 （4）由于实验中 1u 取值较大， 1 ln o I u  1 ln ~I 将曲线拟合成直线方程，作 同时取自然对数得 ln  I 。 u 图，由图可得出和 oI 。 1 1、 太阳能电池在光照时的输出特性 （1）打开太阳能电池盖，保持光源到太阳能电池板间距离 为 20cm 左右 （2）按图连接线路，调节电阻箱的阻值并按表中给定的值 变化，依次记下电压值，并算出对应的电流值和电阻上所 消耗的功率，将数据填入表（二） V + 图二 100 80 60 40 20 10 8 6 4 2 1 0.8 0.4 0.2 阻值 (k  ) 电压 u 电流 I 功率 P (3)用表中数据分别作出 ~I u 曲线得出短路电流 scI ，开路电压 ocu ，根据 ~P R 曲线得出最大输出功率 maxP 和对应的阻值，计算出太阳能电池重要参数填 u 和 ~P R 曲线，根据 ~I 充因子 FF  P m I u sc co + o J J 的关系 3、测量太阳能电池 scI 和 ocu 与相对光强 / （1）按图连接好线路，光能接收探头连接光功率计。保持太阳能电 池板与光源的初始距离为 20cm 左右，此时光功率计显示值为 oJ （2）开关断开时电压表显示开路电压 ocu ，开关接通时电流表显示短路电流 scI 。先测出初 始位置时的 oJ ， ocu ， scI ，在导轨上连续移动太阳能电池板，依次测出 J， ocu ， scI ，将数 图三 V A 据填入表（三）中。 

0J  ) ( J mw /J J 0 (mA) (V) scI ocu （3）分别作出 I sc  / J J o 和 u  / J J o oc 曲线。 四、注意事项 1、连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。 2、连接电路时，保持电源开关断开。 五、思考题 1、设计电路，利用两节干电池，一个电压表，一个电阻箱来测量太阳能电池在全黑的条 件下的伏安特性曲线。 2、两个太阳能电池串联，测量它们的伏安特性曲线，填充因子。 3、两个太阳能电池并联，测量它们的伏安特性曲线，填充因子。 1U 2U I ln I