一,、概述
TYD-TXSY型太陽(yáng)能電池特性測(cè)試儀采用箱式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊、便于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和保存,。顯示部分采用高精度數(shù)顯表頭,，使準(zhǔn)確性得到進(jìn)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(yáng)光的頻譜范圍,。測(cè)試樣件太陽(yáng)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(biāo)
鹵素?zé)艄庠矗航涣?20V、100W
太陽(yáng)能電池：多晶硅60mm*60mm*0.3W,、開(kāi)路電壓3.78V,、短路電流80mA
光強(qiáng)表測(cè)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(fù)載電阻：0-9999Ω,、5W
三,、組成部分
TYD-TXSY型太陽(yáng)能電池特性測(cè)試儀主要包括兩部分
試驗(yàn)箱：試驗(yàn)箱包括電壓表、電流表,、光強(qiáng)表,、負(fù)載電阻、直流電源
實(shí)驗(yàn)支架：實(shí)驗(yàn)支架包括鹵素?zé)?、太?yáng)能光電池,、太陽(yáng)能輻射表及托架
四、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)
太陽(yáng)能是一種新型能源,，對(duì)太陽(yáng)能的充分利用可以解決人類日趨增長(zhǎng)的能源需求問(wèn)題,。目前，太陽(yáng)能的利用主要集中在熱能和光伏發(fā)電兩方面,。利用太陽(yáng)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(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，二是太陽(yáng)能電池,。太陽(yáng)能的利用和太陽(yáng)能電池的特性研究是21世紀(jì)的熱門課題,，許多發(fā)達(dá)國(guó)家正投入大量人力物力對(duì)太陽(yáng)能接收器進(jìn)行研究。 本實(shí)驗(yàn)介紹太陽(yáng)能電池的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì),，并對(duì)兩種性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量,。
 
圖1   實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)物圖
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br />1. 無(wú)光照時(shí)，測(cè)量太陽(yáng)能電池在外加電壓時(shí)的伏安特性曲線
2. 有光照時(shí),，測(cè)量電池在不同負(fù)載電阻下,， I對(duì)U變化關(guān)系，畫(huà)出I-U曲線圖；并測(cè)量太陽(yáng)能電池的短路電流I_SC,、開(kāi)路電壓U_OC,、zui大輸出功率 P_max及填充因子FF
3. 測(cè)量太陽(yáng)能電池的短路電流I_SC與相對(duì)光強(qiáng)J/J₀的關(guān)系，求出它們的近似函數(shù)關(guān)系,。
【實(shí)驗(yàn)儀器】
鹵素?zé)?、太?yáng)能光電池、太陽(yáng)能輻射表及托架,、遮光罩,、集成實(shí)驗(yàn)測(cè)量箱
【實(shí)驗(yàn)原理】
太陽(yáng)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(wú)光照時(shí)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(dāng)光照射在太陽(yáng)能電池表面的PN結(jié)上時(shí),，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(yáng)能電池吸收而產(chǎn)生電子－空穴對(duì),。太陽(yáng)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(dāng)太陽(yáng)能電池的輸出端短路時(shí)，即U=0,，由（2）式可得到短路電流ISC=IPh,；當(dāng)太陽(yáng)能電池的輸出端開(kāi)路時(shí)，即I=0,，可推得開(kāi)路電壓UOC,。正常運(yùn)行時(shí)，IPh比I0高幾個(gè)數(shù)量級(jí),，因此（2）式括號(hào)中的1可以忽略,。
當(dāng)太陽(yáng)能電池接上負(fù)載電阻后，太陽(yáng)能電池的輸出電壓和電流隨著負(fù)載電阻的變化而變化,，當(dāng)負(fù)載電阻R在某一值時(shí),，太陽(yáng)能電池的輸出功率zui大，即zui大輸出功率,，設(shè)此時(shí)對(duì)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(yáng)能電池性能優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù),。某狀態(tài)下FF值越大，說(shuō)明太陽(yáng)能電池在對(duì)應(yīng)該負(fù)載電阻情況下對(duì)光的利用率越高。