Origin8.0在太阳能电池伏安特性测试中的应用 - Office办公助手
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本文介绍了用Origin8.0软件对太阳能电池伏安特性测试数据进行绘图，计算平均数和标准方差的方法，说明在大学物理实验教学中引入Origin8.0软件处理数据能大大提高教学效果。
大学物理实验是高等学校对学生进行科学实验基本训练的重要基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。在实验教学过程中，数据处理是物理实验的一项基本任务，物理实验中通过测量获得的各种原始数据必须经过正确的分析处理，才能得出有用的实验结论。实验数据处理包括数据的记录、整理、计算、作图、分析、归纳等工作，物理实验数据处理的基本方法有列表法、作图法、逐差法、最小二乘法。由于部分大学物理实验数据繁多，处理麻烦，并且对于误差精度的控制也难以达到预期的效果。使得实验数据的处理和作图成为教学过程中学生较为薄弱的方面。随着计算机的普及应用，实验数据处理方法呈现多样化，涌现了大量的数据处理软件，如Matlab，SAS，Origin 等。由美国Origin Lab 公司推出的软件Origin 具有强大的绘图和数据分析功能，整个绘图和数据处理过程无需编写任何程序代码，是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件.应用Origin8.0 处理物理实验数据，可以克服手工制图的缺点，减少误差，得到更加科学的实验结果，适合学生在物理实验的数据处理和分析中应用。
2、Origin8.0 在太阳能电池I-V 特性测量实验中的应用
聚合物太阳电池顾名思义是以有机聚合物材料为活性层制作而成的电池，由于其具有材料来源广泛、重量轻、制备工艺简单( 可通过旋涂、刮刀、丝网印刷、喷墨打印等方法成膜) 、可大面积成膜、柔性等优良特点而成为人们近年来研究的热点。其基本原理为当光照射到太阳能电池上，活性层吸收光子并产生激子，激子随后扩散至界面处发生分离，分离后的自由载流子在各自材料中分别传输至相应的电极时会被收集，此时即可对外电路供电，完成太阳能电池光电转换过程.
2.1、利用Origin8.0 对实验数据进行处理
2.1.1、聚合物电池伏安特性测试
实验采用吉时利2400 型源表，电池以P3HT( poly( 3 - hexylthionphene) ) 和PCBM( phenyl- C61 - butyric acid methyl ester) 为活性层，在1.5AM( 100mW/cm2) 照射下，依次得到输出电流I和输出电压V 之间的关系，数据如表1 所示。
表1 &1.&5AM( 100 mW/cm2 ) 照射下电池伏安特性曲线
首先把表1 中的实验数据导入到Origin 8.0中，打开软件Origin 8.0，系统会自动生成一个工作簿Book1，选择任务栏上的Import Single ASCII 按钮( 见图1) ，选择数据所在路径，将数据导入到工作表Sheet1 中，选中A 列与B 列的数据，右键Plot菜单下选中Line + Symbol 选项，点击Line + Symbol命令，软件即会绘制出一张IV 曲线图。双击任一坐标轴，出现选项卡，点击Grid Line 选项，选择Selection方框中的Vertical 选项，随后勾选Additional Lines 命令中的Y = 0，类似的，选择Selection 方框中的Horizontal 选项，随后勾选Additional Lines 命令中的X = 0 选项，即可在图像中绘制出经过原点的两个坐标轴。从图2 中我们可以清楚的读出电池的开路电压和短路电流大小。
图1 Origin8.0 的开始界面
图2 &1.5AM 光强下太阳能电池IV 曲线
2.2、误差棒的绘制
对于相同条件通常需要制作出多个平行样品，计算平均值来减小实验误差，同时还要改变条件，力求得到最好的制作工艺。因此对于多组电池IV 数据，往往要计算平均值和标准方差以便于分析实验结果，最常用的方法是用excel 计算，其实利用Origin 8.0，能够快速、准确计算出平均值和标准方差，与此同时绘制出带误差棒的图形。
表2 不同组样品平行样品测试结果
表2 中是不同类型电池多组平行样品IV 数据，将数据导入到Origin 8.0 的工作表中( 见图3) ，随后选中B 列到E 列的数据，点击Statistics 任务栏下Descriptive statistics 命令，随后选择Statisticson row，点击Open Dialog 后页面出现一个对话框，如图4 所示，勾选Mean 以及Standard Deviation两项，随后在book1 中会出现新的两列，一列为平均值，另一列就是标准方差了( 见图5) 。从表格中我们可以清楚的看出第三组电池的效率最高，同时这一组电池的标准方差最大。最后选择平均值和标准方差两列，点击Line + Symbol 命令就可以很方便的绘制出带有误差棒的图形，如图6。
图3 数据录入结果
图4 Statistics on Rows 对话框
图5 Origin 8.0 计算的平均值和标准方差结果
图6 含误差棒的图形
从以上步骤可以看出，利用Origin 8.0 绘制含误差棒图形具有快速、准确的优点，可以避免人工计算的繁琐同时也能提高图形的精确性。
通过利用Origin 8.0 软件对有机聚合物太阳能电池IV 实验数据进行处理，简单介绍软件中的绘图，计算平均值和标准方差，绘制含误差棒的图形等功能操作。由以上分析可以看出，利用Origin8.0 处理实验数据，不仅操作过程简单快捷，提高工作效率，节省数据处理时间，更重要的是将学生对实验的注意力从数据的繁琐处理重新回到对实验本身物理意义理解上来，从而大提高了同学们对物理实验的兴趣和自我学习的能力。
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Origin绘图教程
Origin软件应用
(window.slotbydup=window.slotbydup || []).push({
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display: 'inlay-fix'? ?ttmi 图4.3蓝色LED与黄色突光粉叠加产生白光 以下将讨论设计一种利用LH)阵列来模拟太阳光光谱的方法。上述方法B 与方法C受限于生产条件与技术的影响,其灵活性有限且模拟结果不可调整。所 以本文将选用方法A来讨论利用LH)模拟阳光的可能性。 4. 2模拟的理论基础 能量与波长决定了光的物理性质,光的强度取决于能量,而光的颜色取决 于波长。对于相同波长的两光波照射于同一面积上时,混合光的福通量等于两光 波在单独照射时福通量的和。即对于多个光波同时照射时有: n '=1 o 由于白光是由不同单色光叠加而成的,它也可以经过折射而呈现出不同色 的单色光,那么若用相应数量不同单色光汇聚,理论上就可以得到混合后呈现白 色的混合光。且由亮度相加定理可知组成混合光的所有色光的亮度总和即为混合 光的亮度。基于以上原理,用不同颜色LED阵列的出射光光谱理论上就可以模拟 出太阳光光谱。 4.3模拟的可行性分析 首先太阳光光谱是连续的(且在可见光范围内较为均匀),而单色LED出射 光的光谱半强度宽度很窄,那么这就为利用LH)阵列模拟太阳光光谱提供了实际 的可能性。不同光源所发的光不同,这是由光源输出功率与光谱所决定的,即与 光波的波长有关,我们称之为光谱的功率分布。常见的光谱功率有以下四种典型 的分布形式:线状分布,带状分布,连续分布及复合分布。图4.4-4.7为LED 光谱福照度的特性曲线。 24 P{X)彳 户⑶, 福 福厂一I 照 照 ? K n W/^ m° 波长(2■"") ° 贼(?) ^ 图4. 4线状分布的Lm)光谱曲线 图4. 5带状分布的Lor光谱曲线 ■ 户r\ ⑶ 八- A:\ : 復 fI\ j \ wi'm j \ \ I II- _ 。 波长(^ 波长 义 nm) (?)图4.6连续分布的LED光谱曲线 图4.7复合分布的LED光谱曲线 图4.8所示为太阳光谱(在可见光范围内)特性曲线。由图可见,太阳光 在可见光范围内的福照度随波长的变化是连续且均匀的。 '4 ‘相 0.9 ?‘ 等、震8 0.S ■ Hi 、、度 0077 ’. ! \ .乂.值 , ().6 ? I丨丨 \ ‘ 0‘,5 ■( 0.4 ■ 300 400 500 600 700 800 波长nm 图4.8太阳光谱辖照度曲线(可见光范围内) 综上所述用一定数量的不同单色的LED阵列(此处选择光谱半宽度尽量窄 些的LED)使发出的光充分混合,并接收分析其发光光谱,将此光谱与太阳光光 谱相比较并进行拟合,通过调节变阻器进而改变电流,来实现对LED的福通量的 调节,从而改变混合光中相应单色光所占的比例,最终可改变混合光的光谱。 25 第五章模拟实验 模拟实验将分为两部分进行模拟与分析。首先,在计算机中利用软件Origin 将不同LED的光谱进行拟合来模拟太阳光光谱,定性的分析模拟所需LED的光谱 特性并定量的分析其辖射强度。 其次依照上述模拟结果利用LH)阵列,使产生的光在积分球中充分混合, 利用光谱仪接收混合后的光并进行分析,由分析得出的实际光谱曲线与太阳光光 谱曲线相比较并进行拟合。根据拟合后的反馈来调节各不同波长的Lm)相连的相 应电阻卩|_值,重复多次上述步骤,直至达到预期效果。 5.1实验数据采集 首先采集实验所用LED发光光谱。采集环境为密闭无光的实验室,使单个 LH)在额定电压下工作,将其放置在小型尺寸的积分球光源位置,在积分球出光 口处放置光谱仪。釆集过程中应严格控制实验室环境中的杂散光对采集结果产生 的影响。 采集的单色LH)光谱曲线如图5. 1-5. 4所示,其分别为黄色LED、蓝色LED、 绿色LED及红色LED的光谱福照度曲线,其横坐标为波长(nm),纵坐标为光谱 福照度C旧m、m)。 pBMi■■今 ■|_||_」| wI iii_I" DlBiia!BiaiBiBiiBl 邊I caN!為I d圃丨逆丨&^| ■丨 si輯I结丨 ibib 丨0l :」口丨:卜| I-1 I I-1 I 1 iiiGF=3r3S7]_]rzi_] " ""一―.— ———‘ [FP"——^ !—b|!_ 600000 T E 5000 . J_ 00- I T T 400000 - "7H I W 300000 - I I "& . 5"200000 - 」!/& / 100000 . / \ 0 - 」 、 ?l 1 1 1 1 ‘ 1 1 ‘ 300 400 500 600 700 800 X Axis Title 图5. 1黄色LH)的光谱福照度曲线 26 w ■ DltflBalBlaialPilBil ft|^|ta|H|el -ai^l arl目丨 丨 i [g^l糾因I tal B|gg|￡g| 1.1■ 」rzM 小M、1、MAM :]「]_] 、f ^ ‘ 100000 T n |i士 80000 /1 : ;- Z' _r? 60000 ? - 巨 R ? — -2 ^ 40000 ■ I: To 20000 - J/ \ V_ i J—‘—I—?—I—‘—I—‘—I—‘—300 400 500 600 700 80I—1‘ 0 I X Axis Title x|.-Vlrf|*i!6?lMHtS)lAl?lw|.NhHLp 图5. 2蓝色Lm)的光谱福照度曲线 DlBlalBlaialBilBl a^ieiiaiaiBl ■aimti a| lalai ai』l_ar|v)i| | 泳丨糾bi lal bi臨丨剖 giaialel ?M 丨丨 kM、iMAi'i _][=^ 口 [^_::]r3]:_—_]' I B] ± 140000 ■ . ^ A ! 120000 - 1 '' T ■J 100000 ? =a& / ^ 80000 - □ ? 0_ 60000 - \ ± &- 40000 - \ J? 20000 - /I \\ 0 ■ - 401 " 0 501 ? 0 601 ‘ 0 701 ‘ 0 801 ‘ 30 X Axis Title 图5.3绿色LK)的光谱福照度曲线 27 DiaiaisiaiBiiBiai a=iaicgiaiBi 'ami bi m\^\ 為I -^i^iisii^jfi i sii剖剖 finals loi K 、-?1口《1小.丨.丨、丨‘-丨射‘.1 _][=^口[0^?口_] "If ^ — _. I 5000000 -, I丨 士 4000000 ? z ￡- ^ 3000000 ? z g D
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--------------------------Page1------------------------------AbstI'actAbstractWiththeofthemicroelectronicsanddevelopmenttechnologyaerospaceofelectronicdevicesincreasesaseriousthreattechnology，theperformancegreatly．Astotheinwhichofelectronicarereducedreliabilitydevice，radiationraysspaceby．nleofdevicefromtheaccumulationofdegradationperformanceparametersoriginatesdefectsinordertoensuretheofelectronicdevicesmaterial．Therefore,inreliabilityintheradiationandmethodisneededtoenvironment,aoperatedrapid，sensitivesimpleevaluateofmatedals．RadiationeffectandtheradiationtolerancenoisemechanismofSi02andSiliconmaterialhavebeenstudiedinthisthedielectric，pnjunctionpaper,andbetweenthe1／fnoiseandmaterialdefects．AsdielectricmaterialforrelationshipSi02noisenon—destructiveevaluationmethodforanti·radiationinitbeenexample，nlehasLabVIEWtoandallsoft'waretoestablished，andusingdesignimplementsystemsnon-destructiveevaluateanti—radiationofelectronicmaterials．Inthispaper，themajorworkdonefollowing：1．RadiationeffectandnoisemechanismofSi02andSilicondielectric，pnjunctionmaterialhavebeenstudiedinthisbetweenthe1／fnoiseandpaper．nerelationshipmaterialdefectsaswellasnoisesensitivecharacterizationmethodofradiationdamageinbeendielectricmateriaIhavenoisenondestructiveevaluationSi02analyzed．ThemodelofdielectricmaterialhasbeentheextractionSi02established，andparametermethodisthenon—destructiveevaluationisgiven，andprogramdesigned．2．BasedontheseUseofLabvIEWresults，thetoasoftwareplatforillcompletefornondestructiveevaluationanti—radiationinelectronicmaterials．systemtypicalto—thenoisetestthedataAccordingfrequencyrange，selectappropriateacquisitionboardandtheevaluationofmodule．nlecompletesystemcollectingcontinuousandhavebeenacontinuousresearched，andacquisitionstoragetechnologieslong—timedatahasbeenwithstructureinandstorageachievedtheLabVIEW．acquisitionqueue3．Basedontheevaluationburst—noisetheprogram，theanalysismodule，andevaluation-model-basedmodulehavebeenanforassessdesignedimplement,itusingandforecastandanti-radiation
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