TYD-TXSY 太陽能電池特性測試儀

一、概述
TYD-TXSY型太陽能電池特性測試儀采用箱式結(jié)構(gòu)設(shè)計，使結(jié)構(gòu)更加緊湊、便于學(xué)生分組實驗和保存。顯示部分采用高精度數(shù)顯表頭，使準確性得到進一步提高。光源部分采用100W鹵素?zé)?，鹵素?zé)舻念l譜更接近于太陽光的頻譜范圍。測試樣件太陽能電池板也采用盒式封裝，方便串并聯(lián)組合接線。
二、技術(shù)指標
鹵素?zé)艄庠矗航涣?20V、100W
太陽能電池：多晶硅60mm*60mm*0.3W、開路電壓3.78V、短路電流80mA
光強表測量范圍：0-1200W、精度±3%
直流穩(wěn)壓電源：0-3.5V可調(diào)
直流數(shù)字電壓表：0-19.99V、精度±0.5%
直流數(shù)字電流表：0-199.9mA、精度±0.5%
負載電阻：0-9999Ω、5W
三、組成部分
TYD-TXSY型太陽能電池特性測試儀主要包括兩部分
試驗箱：試驗箱包括電壓表、電流表、光強表、負載電阻、直流電源
實驗支架：實驗支架包括鹵素?zé)?、太陽能光電池、太陽能輻射表及托?br />四、實驗指導(dǎo)
太陽能是一種新型能源，對太陽能的充分利用可以解決人類日趨增長的能源需求問題。目前，太陽能的利用主要集中在熱能和光伏發(fā)電兩方面。利用太陽能發(fā)電目前有兩種方法，一是利用熱能產(chǎn)生蒸氣驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，二是太陽能電池。太陽能的利用和太陽能電池的特性研究是21世紀的熱門課題，許多發(fā)達國家正投入大量人力物力對太陽能接收器進行研究。 本實驗介紹太陽能電池的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，并對兩種性質(zhì)進行測量。
 
圖1   實驗儀器實物圖
【實驗?zāi)康摹?br />1. 無光照時，測量太陽能電池在外加電壓時的伏安特性曲線
2. 有光照時，測量電池在不同負載電阻下， I對U變化關(guān)系，畫出I-U曲線圖；并測量太陽能電池的短路電流I_SC、開路電壓U_OC、zui大輸出功率 P_max及填充因子FF
3. 測量太陽能電池的短路電流I_SC與相對光強J/J₀的關(guān)系，求出它們的近似函數(shù)關(guān)系。
【實驗儀器】
鹵素?zé)?、太陽能光電池、太陽能輻射表及托架、遮光罩、集成實驗測量箱
【實驗原理】
太陽能電池的主要結(jié)構(gòu)為PN結(jié)。理想PN結(jié)的電流和電壓關(guān)系由下式（1）給出
         （1）
式中，I0是無光照時的反向飽和電流，U是結(jié)上的電壓，e是電子電荷，k是玻爾茲曼常量，T表示熱力學(xué)溫度，可令 。當光照射在太陽能電池表面的PN結(jié)上時，只要入射光子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則光子將被太陽能電池吸收而產(chǎn)生電子－空穴對。太陽能電池輸出的凈電流I是光生電流IPh和兩極管電流Id之差，凈電流I由下式給出
                     （2）
當太陽能電池的輸出端短路時，即U=0，由（2）式可得到短路電流ISC=IPh；當太陽能電池的輸出端開路時，即I=0，可推得開路電壓UOC。正常運行時，IPh比I0高幾個數(shù)量級，因此（2）式括號中的1可以忽略。
當太陽能電池接上負載電阻后，太陽能電池的輸出電壓和電流隨著負載電阻的變化而變化，當負載電阻R在某一值時，太陽能電池的輸出功率zui大，即zui大輸出功率，設(shè)此時對應(yīng)的電壓為Um，電流為Im，有Pm=Im*Um。
填充因子FF定義為
                                （3）
FF是代表太陽能電池性能優(yōu)劣的一個重要參數(shù)。某狀態(tài)下FF值越大，說明太陽能電池在對應(yīng)該負載電阻情況下對光的利用率越高。