吴杏华 王庆凯 王殿元
收稿日期:2007-08-27
作者简介：吴杏华(1981- )，女，湖北红安人，九江学院理学院助教，武汉大学在职研究生，主要从事稀土发光材料
及物理实验教学研究。
(九江学院理学院 江西九江 332005)
摘要：本文研究了光源对于太阳能电池基本特性测量实验的影响。分别采用白炽灯和
开路电压
日光灯作为光源，测量了太阳能电池的伏安特性、开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、光照特性等基本特性。 关键词：太阳能电池；短路电流；开路电压
中图分类号:O 47213 文献标识码:A 文章编号:1673-4580(2007)06-0066-(03) 太阳能电池发电具有无污染、无可动部件、资源的普遍性和永不枯竭等特点，符合当今世界的环境保护和可持续发展的要求和
趋势。晶体硅太阳能电池因其高转换效率，较小的生态影响和长时间不降解等优点，使得其从太阳能电池发明至今仍然是太阳能发电装置的主要材料。我校针对理工类本专科学生开设了太阳能电池基本特性测定实验，这是一个综合性设计性实验，本实验通过对太阳能电池的伏安特性、开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、光照特性等基本特性的实验，让学生深刻领会太阳能电池的工作原理。实验室提供白炽灯作为实验光源，测量太阳能电池的基本特性。为了测量不同光源对于太阳能电池基本特性测量实验的影响，笔者分别采用白炽灯和日光灯作为光源，测量了在不同光源条件下，太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、光照特性等。1 实验
111日光灯作为实验光源
在不加偏压时，以日光灯作为实验光源照射太阳能电池，测得在不同负载电阻下，流过太阳能电池的电流和太阳能电池的输出电压。
由测量数据作图可得到电流和电压的变化关系，如图1所示。由图1可得到短路电流I SC =
20019μA，开路电压U OC =31415V 。
太阳能电池的输出功率P m ax =0149742mW ，可
计算出填充因子F =
P m ax
I SC U OC
=01725
测量短路电流I SC ，开路电压U OC 与相对光强
J /J 0的关系。用短路电流I SC 与相对光强J /J 0的数
据作图，可得到短路电流与相对光强的函数关系。如图2所示
。
图1 I -U 变化关系图(不加偏压
)
图2 I SC -J /J 0的函数关系图
(总第143期)
(Su m N0143)
2007年第6期No,6,2007 九江学院学报Journal of jiujiang
University
I SC =A +B ×(J /J 0)(1)在式(1)中用最小二乘法拟和算出A =
6155621μA,B =249111312μA 。
用开路电压U OC 与相对光强J /J 0的数据作图，可得到开路电压与相对光强的函数关系。如图3所示
。
图3 U OC -J /J 0的函数关系图
U OC =C +D ln (J /J 0)
(2)
在式(2)中用最小二乘法拟和算出C =3150204V,D =0126738V 。
由以上的分析可得，短路电流I SC 和开路电压
U OC 的函数关系式(1)、(2)成立。112白炽灯作为实验光源
在不加偏压时，以白炽灯作为实验光源照射太阳能电池，测得在不同负载电阻下，流过太阳能电池的电流和太阳能电池的输出电压。
用所测得的数据作图可得到电流和电压的变化关系，如图4所示。由图4可得到短路电流I SC
=1620μA，开路电压U OC =3187V
。
图4 I -U 变化关系图(不加偏压)
太阳能电池的输出功率P m ax =4139584mW ，可计算出填充因子F =
P m ax
I SC U OC
=01702
测量短路电流I SC ，开路电压U OC 与相对光强
J /J 0的关系。用短路电流I SC 与相对光强J /J 0的数
据作图，可得到短路电流与相对光强的函数关系。如图5所示
。
图5 I SC -J /J 0的函数关系图
在式(1)中用最小二乘法拟和算出A =-7121112μA, B =14161430μA 。
用开路电压U OC 与相对光强J /J 0的数据作图,
可得到开路电压与相对光强的函数关系。如图6所示
。
图6 U OC -J /J 0的函数关系图
在式(2)中用最小二乘法拟和算出C =3189533V, D =0124309V 。
由以上的分析可得，短路电流I SC 和开路电压
U OC 的函数关系式(1)、
(2)成立。2 数据分析
(1)利用日光灯作为光源照射太阳能电池，所
得到的填充因子F =
P m ax I SC U OC
=01725，利用白炽灯
作为光源照射太阳能电池，所得到的填充因子F =
P m ax I SC U OC
=01702。考虑到温度对测量结果的影响，两
者比较，差别较小。这说明，填充因子主要依赖于太阳能电池本身的材料特性，对采用的光源依赖性不强。
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76・2007年第6期
九江学院学报
(2)利用日光灯作为光源，测得短路电流I SC 与
相对光强J /J 0符合I SC =A +B ×(J /J 0)，成线性关
系，且A =6155621μA,B =249111312μA 。利用白炽灯作为光源，测得短路电流I SC 与相对光强J /J 0符合I SC =A +B ×(J /J 0)，成线性关系，且A =-7121112μA,B =14161430μA 。太阳能电池短路电流I SC =q ηe N (E g )。q 为电子电荷，是一个常量。ηe 为量子效率，对于某一个太阳能电池来说是个常量。
N (E g )为能量超过E g 的光子流，与光源的辐照度
成正比。由于选择不同的光源，导致N (E g )是不同的。因此，我们求得的两组系数是有差别的。
(3)利用日光灯作为光源，测得开路电压U OC
与相对光强J /J 0符合U OC =C +D ln (J /J 0),U OC 与ln (J /J 0)成线性关系，且C =3150204V,D =0126738V 。利用白炽灯作为光源，测得开路电压U OC
与相对光强J /J 0符合U OC =C +D ln (J /J 0),U OC 与ln (J /J 0)成线性关系，且C =3189533V,D =0124309V 。太阳能电池开路电压在较强的光照条件
下,U OC =
m kT q ln I L I 0。在室温条件下,m kT
q
为常量。对于某一个光源来说，可推导出U OC =
m kT
q ln I L I ’0
,U OC ∝ln (J /J 0)。因此，选择不同的光源，对于ln (J /J 0)前的系数是影响不大的。3 结论
太阳能电池特性的测量与其开发和利用有着密切的关系。本实验利用日光灯和白炽灯作为光源，研究了在不同光照条件下，太阳能电池的基本特性。结果发现，对于填充因子F，它对于光源的依赖性不强，主要依赖于太阳能电池材料的特性；短路电流I OC 均与相对光强J /J 0成线性关系，但斜率随光源不同而不同；而开路电压U OC 均与ln (J /J 0)成线性关系，且斜率相同，与理论完全一致。本实验内容可应用于我院的物理实验教学中，这样不但可以拓展实验研究内容，又可加深学生对于太阳能电池特性的理解。
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EFFECT O F D IFFEREN T L IGHTS ON THE EXPER I M EN T SEARCH I NG I N TO BAS IC CHARACTER ISTICS O F SOLAR CELLS
W U X ing -hua;W AN G Q ing -ka i ;W AN G D ian -yuan
(Faculty of Science and M athe m a tics,J iu jiang U niversity,J iujiang,J iangxi 332005,China )AB STRA C T Effect of different lights on the experi m ent searching int o the basic characteristics of s olar cells was
researched in this paper .U sing fluorescent and incandescent as light s ource,basic features of s olar cells such as short cir 2
cuit current,open voltage,maxi m u m out put filling fact or and s o on were measured .
KEY W O RD S s olar cells;short circuit current;open voltage
(责任编辑 陈平生)
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86・吴杏华，等:
光源对于太阳能电池基本特性测量实验影响的研究
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