报告光伏效应实验报告Word格式.docx
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根据p-n结的电流和电压关系
qvp
if=is(e
kt
-1)
is为反向饱和电流,式中vp是光生电压,
所以输出电流
il=ip–is(e
-1)
(1)
此即光电流表达式。
通常ip>
>
is,上式括号内的1可忽略。
对于太阳能电池有外加偏压时,
(1)式应改为
qv
图1光伏效应结构示意图
i
l
=il+i=il+is(e
-1)
(2)
上式中is(e
-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实验表明:
在v=0情况下,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取某一定值时输出功率才能达到最大值pm,即所谓最佳匹配阻值rl?
rlb,而rlb则取决于太阳能电池的内阻ri=
voc
vocisc
。
因
和isc均随光照强度的增强而增大,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),在一定负载电阻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、实验方法
1、光强调节与强度的表示
本实验所用光源为led(发光二极管),根据led的输出功率与驱动电流呈线性关系,利用改变led的静态工作电流确定光强的相对值。
仪器设定led的工作电流调节范围为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为改变后的光强,则j/jm为无量纲的相对光强。
2、标尺的设定
为了调节光源与光电池的间距和试样表面光照的均匀度,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,调节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达到最大值,并保持该状态直至该颜色光源的所有实验完毕为止。
由于三色led的发光中心不在同一点,所以对不同颜色光源,都应按照上述方法重新调试笔直标尺。
3、led驱动电流源粗调和细调旋钮的使用
id的调节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,最后一位“0”可能会跳动,这时可通过调节细调旋钮使其稳定。
五、实验内容
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。
按实验所需光源颜色,接通led驱动电源。
并调节标尺找到实验最佳工作状态。
调节id=0(即将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voc显示不为0。
调节id测量不同光强下,太阳能电池的开路电动势voc。
将数据记入表1,并绘制voc~id曲线,说明其关系。
图5测量开路电压voc线路图
表1
2、短路电流isc的测量
测量线路图如图6所示。
将功能切换开关打到isc档(注:
在开启“dc0-1v电源”前请先确
认i0旋钮旋转到最小处,以防在瞬间接通时us处于较大值,损坏太阳能电池);
调节dc0-1v电源us输出,使微安表读数i0为10.00-18.00?
a(建议取10.00?
a)。
在某一光强id下,改变可调电阻r,使流过检流计(g)的电流ig为零。
此时ab两点之间和ac两点之间的电压应相等,即vab=vac。
因而ir=i0r0,即短路电流
isc
=i=
i0r0r
(r0为微安计内阻,为10k?
)
图6测量短路电流isc线路图
测量不同红光光强下,短路电流isc与光强id的关系,将数据记入表2,并绘制isc~id曲线,说明其关系。
表23、按下式求出太阳能电池的内阻ri,并绘制ri~id曲线(自拟表格),说明其关系。
ri?
4、流过负载电流il与负载两端电压vl关系测量
选择红光光源进行实验。
测量线路如图7所示。
r*为实验仪上标示的il取样电阻,为10kω;
rl为功能切换开关打到il档。
太阳能电池在恒定光照下(取id约为1000),测量在不同负载电阻rl时流过的电流il与输出电压vl=il?
rl?
r?
?
将数据记入表3,并绘制il~vl曲线。
*
图7负载特性测量线路图
图8光电流与负载电阻两端电压关系曲线
计算不同负载电阻下输出功率p,即p=vlil,并绘出p~rl曲线,说明其关系,确定pm时的rlb
及填充因子ff?
表3
篇二:
光电效应测普朗克常量实验报告
三、实验原理1.光电效应
当一定频率的光照射到某些金属表面上时,可以使电子从金属表面逸出,这种现象称为光电效应。
所产生的电子,称为光电子。
光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。
当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时,便获得这光子的全部能量hv,如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功w,电子就会从金属中逸出。
按照能量守恒原理有:
(1)
上式称为爱因斯坦方程,其中m和?
m是光电子的质量和最大速度,是光电子逸出表面
后所具有的最大动能。
它说明光子能量hv小于w时,电子不能逸出金属表面,因而没有光电效应产生;
产生光电效应的入射光最低频率v0=w/h,称为光电效应的极限频率(又称红限)。
不同的金属材料有不同的脱出功,因而υ0也是不同的。
由
(1)式可见,入射到金属表面的光频率越高,逸出的电子动能必然也越大,所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流,甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极,直至阳极电位低于某一数值时,所有光电子都不能到达阳极,光电流才为零。
这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。
显然,有
代入
(1)式,即有
由上式可知,若光电子能量
,则不能产生光电子。
产生光电效应的最低频率是
(2)
,通常称为光电效应的截止频率。
不同材料有不同的逸出功,因而也不同。
由于光的强弱决定于光量子的数量,所以光电流与入射光的强度成正比。
又因为一个电子只能吸收一个光子的能量,所以光电子获得的能量与光强无关,只与光子ν的频率成正比,,将(3)式改写为
(4)
上式表明,截止电压是入射光频率ν的线性函数,如图2,当入射光的频率时,截止电压,没有光电子逸出。
图中的直线的斜率是一个正的常数:
(5)由此可见,只要用实验方法作出不同频率下的通过式(5)求出普朗克常数h。
其中曲线,并求出此曲线的斜率,就可以是电子的电量。
图2u0-v直线
2.光电效应的伏安特性曲线
图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。
频率为ν、强度为p的光线照射到光电管阴极上,即有光电子从阴极逸出。
如在阴极k和阳极a之间加正向电压,它使k、a之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用,随着电压的增加,到达阳极的光电子将逐渐增多。
当正向电压增加到时,光电流达到最大,不再增加,此时即称为饱和状态,对应的光电流即称为饱和光电流。
图3光电效应原理图
由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度,所以当两极间电位差为零时,仍有光电流i存在,若在两极间施加一反向电压,光电流随之减少;
当反向电压达到截止电压时,光电流为零。
图4入射光频率不同的i-u曲线图5入射光强度不同的i-u曲线爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极,且阳极很小的理想状态下导出的。
实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小,所以实验中存在着如下问题:
(1)暗电流和本底电流。
当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流,称为暗电流。
它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。
室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。
暗电流和本底电流随着k、a之间电压大小变化而变化。
(2)阳极电流。
制作光电管阴极时,阳极上也会被溅射有阴极材料,所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上,阳极上也有光电子发射,就形成阳极电流。
由于它们的存在,使得i~u曲线较理论曲线下移,如图6所示。
图6伏安特性曲线
五、数据记录与处理1、零电流法测h第一组:
普朗克常数:
6.65×
j·
s误差0.30%第二组:
6.64×
第三组:
2、补偿法测h普朗克常数:
6.68×
s误差0.88%
s误差0.26%j·
s误差0.21%3、伏安特性曲线见下页。
六、思考讨论
1、什么是光电效应,及内,外光电效应和单光子,多光子光电效应。
常说的光电效应是外光电效应,即电子从金属表面逸出。
内光电效应是光电效应的一种,主
要由于光量子作用,引发物质电化学性质变化。
内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应:
当入射光子射入到半导体表面时,半导体吸收入射光子产生电子空穴对,使其自生电导增大。
光生伏特效应:
当一定波长的光照射非均匀半导体(如pn结),在自建场的作用下,半导体内部产生光电压。
篇三:
关于各种物理效应实验专题的报告
关于各种物理效应实验专题的报告
【摘要】:
本文主要对各种物理效应实验专题(液晶电光效应、太阳能电池伏安特性的测量、光电效应)作简要的原理介绍,同时对实验结果进行了阐述和分析,并且由实验结果分析得到相关实验结论。
最后分析了各实验的应用前景。
【关键
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- 报告 效应 实验