太阳能电池基本特性的测量(讲义)
太阳能电池基本特性的测量
太阳能的利用和太阳能电池特性研究是21世纪新型能源开发的重点课题。目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已大量用于民用领域：如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。太阳能是一种清洁、“绿色”能源,因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。
【实验目的】
1． 在没有光照时,太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安
特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。
2． 测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性,作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路
电流(SC I )、开路电压(OC U )、最大输出功率m P 及填充因子FF ，
)]U I /(P FF [OC SC m ?=。填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。
3． 测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流SC I 和相对光强度0J /J 之间关系，画出SC
I 与相对光强0J /J 之间的关系图；测量开路电压OC U 和相对光强度0J /J 之间的关系,画出OC U 与相对光强0J /J 之间的关系图。
【实验原理】
太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为:
)1e (I I U o -?=β
(1)
(１)式中，o I 和β是常数。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为V C E E -的半导体构成,如图１所示。C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。 假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源)、一个理想二极管、一个并联电阻sh R 与一个电阻s R 所组成,如图2所示。
图2中，ph I 为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流，d I 为光照时通过太阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得:
0R )I I I (U IR sh d ph s =---+ (2）
(2）式中,I 为太阳能电池的输出电流,U 为输出电压。由(1)式可得，
d sh
ph sh s I R U I )R R 1(I --=+
（３) 假定∞=sh R 和0R s =,太阳能电池可简化为图3所示电路。
这里,)1e
(I I I I I U
0ph d ph --=-=β。
在短路时，0U =，sc ph I I =; 而在开路时,0I =,0)1e
(I I oc
U 0sc =--β;
∴]1I I ln[1U 0
sc
OC +β
= （４)
(４)式即为在∞=Sh R 和0R S =的情况下,太阳能电池的开路电压OC U 和短路电流
SC I 的关系式。其中OC U 为开路电压，SC I 为短路电流,而0I 、β是常数。
【实验装置】
光具座及滑块座、具有引出接线的盒装太阳能电池、数字万用表１只(用户自备）、电阻箱1只(用户自备）、白炽灯光源1只(射灯结构，功率W 40）、光功率计（带V 3直流稳
压电源）、导线若干、遮光罩1个、单刀双掷开关1个。
【实验内容】
1．在没有光源(全黑)的条件下，测量太阳能电池施加正向偏压时的U ~I 特性，用实验测得的正向偏压时U ~I 关系数据,画出U ~I 曲线并求得常数β和0I 的值。
2．在不加偏压时,用白色光源照射，测量太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持为cm 20。
（１)画出测量实验线路图。
(２）测量太阳能电池在不同负载电阻下，I 对U 变化关系,画出U ~I 曲线图。 （３)用外推法求短路电流SC I 和开路电压OC U 。
(４)求太阳能电池的最大输出功率及最大输出功率时负载电阻。 （５）计算填充因子)]U I /(P FF [OC SC m ?=。
3．测量太阳能电池的光照特性:
在暗箱中（用遮光罩挡光）,取离白炽灯光源cm 20水平距离光强作为标准光照强度,用光功率计测量该处的光照强度0J ；改变太阳能电池到光源的距离x ,用光功率计测量x
处的光照强度J,求光强J 与位置x 的关系。测量太阳能电池接收到相对光强度0J /J 不同值时,相应的SC I 和OC U 的值。
（1)描绘SC I 和相对光强度0J /J 之间的关系曲线,求SC I 和与相对光强0J /J 之间近似关
系函数。
(２）描绘出OC U 和相对光强度0J /J 之间的关系曲线,求OC U 与相对光强度0J /J 之间近
似函数关系。
【实验数据表格】
1．在全暗的情况下，测量太阳能电池正向偏压下流过太阳能电池的电流I 和太阳能电池的输出电压U 。测量电路如图5所示，改变电阻箱的阻值，用万用表量出各种阻值下太阳能电池和电阻箱两端的电压,算出电流测量结果如表1所示：
表１ 全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性数据记录
)k (R Ω
)V (U 1
)m V (U 2
)A (I μ
I ln
若用户备有直流可调电源,则可采用图６实验线路:正向偏压在
变化条件下，用Ω=1000R 固定电阻取代电阻箱(但电阻值必须准确,否则计算电流值时将有较大的误差，把测量结果记录到表２中 。
)V (U 1 )m V (U 2
)A (I μ
由
1e I I
U 0
-=β,当U 较大时,1e U >>β,即0I ln U I ln +β=由最小二乘法,将表中最后几点数据处理得：求出: β,0I 和相关系数r 值 。
２.不加偏压,在使用遮光罩条件下,保持白光源到太阳能电池距离cm 20，测量太阳能电池的输出I 对太阳能电池的输出电压U 的关系,测量电路请自拟 。把测量结果记录到表3。
)
(R Ω
)V (U 1
)mA (I )mW (P )
(R Ω
)V (U 1
)mA (I )mW (P
200 4400 ３０0 ４６00 4０0 4800 ６0０ 5００0 8０0 5500 1000 600０ 1200 6５0０ 1400
7000
３．测量太阳能电池SC I 和OC U 与相对光强0J /J 的关系，用光强计测定不同光源距离时的光强值。短路电流可以直接用万用表的直流电流档量出，开路电压则直接用万用表的直流电压档量出。把测量结果记录到表４中：
表4 太阳能电池SC I 和OC U 与相对光强0J /J 的关系
表１全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性数据记录
)
k(
RΩ)
V
(
U
1
)
m V
(
U
2
)
A
(IμI
ln
42.6１2．5１0．49 11.５0 2.44 30.15 2.５9 0．41 13.６0 2.61 ２1．60 2．6５0．3５16.20 2.79 1３.57 2.73 0．27 １9．90 ２.99 8．9４2．79 0．21 23.50 3.16 ５.4５ 2.85 0.15 27.50 ３.31 2.０4 2.93 ０．07 3４.30 3.54 0.00 3.0０0.00 40．80 3.71
1V 6361.2-=β，mA 102.15I 60-?=,相关系数9996.0r =,电流与电压的指数关系得到
验证。
表2 全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性数据记录
)V (U 1 0.400 １.４９８ 2．034 2.２86 2.4１0 2.４８8 )m V (U 2
0.０１ ０．39 1.４0 2.５3 3．４6 ４．１6 )A (I μ 0.０１ 0.3９ 1.4０ 2.53 3.46 4.16 )V (U 1 2.601 2.654 2.727 2.7８7 2.８53 ２.92８ )m V (U 2
5.46 6．２1 7．49 8.７9 １0.4１ 1２.76 )A (I μ
5.４6
6．21
7.４9
8.79
１0．4１
1２.7６
由
1e I I
U 0
-=β,当U 较大时，1e U >>β，即0I ln U I ln +β=由最小二乘法,将表２中最后6点数据处理得以下结果：
1V 60.2-=β， mA 1028.6I 60-?=, 相关系数9998.0r = 。
表3 恒定光照下太阳能电池在无偏压时伏安特性数据记录
RΩ
(
RΩ) (
)
表４ 太阳能电池SC I 和OC U 与相对光强0J /J 的关系
光源距离
)mm (x
)mW (J
0J /J
)mA (I SC
)V (U OC
15 1.67９ 1.00 1.43 3.９1 20 1.46０ ０.８6957 1.28 3.89 ２3 1．264 0.7528３ 1.１4 3.８6 2５
1．１05
0.658１3
1.03
3.８3
太阳能电池基本特性测定实验
太阳能电池基本特性测定实验 太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法，一是利用热能产生蒸气驱动发电机发电，二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。 为此，我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，介绍太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。 【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线 2. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 、最大输出功率max P 及填充因子FF 3. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 与相对光强0J J 的关系，求出它们的近似函数关系。 【实验仪器】 光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱
【实验原理】 太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为 ??? ? ??-=10nKT qU e I I (1) 其中0I 是二极管的反向饱和电流,n 是理想二极管参数,理论值为1。K 是玻尔兹曼常量,q 为电子的电荷量,T 为热力学温度。（可令nKT q =β） 由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为V C E E -的半导体所构成。C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。 当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。 电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。 光电流示意图 太阳能电池的基本技术参数除短路电流SC I 和开路电压OC U 外, 还有最大输出功率max P 和填充因子FF 。最大输出功率max P 也就是IU 的最大值。填充因子FF 定义为 OC SC U I P FF m ax = (2) FF 是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。FF 值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。
硅光电池伏安特性
实验 项目： 硅光电池伏安特性（综合设计 2-1） 实验 目的： 了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 实验 仪器： DH-CGOP 型光敏传感器实验仪（包括灯泡盒，硅光电池 PHC，直流恒压源 DH-VC3，九孔板实验箱，电阻箱，导线） 实验 原理： 硅光电池的工作原理 光电转换器件主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的照射下，释放出光电子的现象。当光照射金属、 金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可 挣脱原子的束缚而溢出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。有些物质 受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体的导电性增强，这种现象称为内光电效应。 光电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应快、使用方便等优点，广泛用于激光探测器。外加反 偏电压与结内电场方向一致，当 PN 结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子-空穴对）。结区内的电子-空 穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向 N 区，空穴被拉向 P 区而形成光电流。同时势垒区一侧一个扩展长度内的 光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。当入射光强度变化时，光生载流子的浓度及 通过外回路的光电流也随之发生相应的变化。这种变化在入射光强度很大的动态范围内仍能保持线性关系。 硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器 和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。 光电池的基本结构如图 1 所示，当半导体 PN 结处于零偏或负偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场。
图 1 光 电池结 构示意 图
图1
光电池结构示意图
硅光电池特性测试实验报告
硅光电池特性测试实验报告 系别：电子信息工程系 班级：光电08305班 组长：祝李 组员：贺义贵、何江武、占志武 实验时间：2010年4月2日 指导老师：王凌波 2010.4.6
目录 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、注意事项 六、实验步骤 七、实验数据及分析 八、总结
一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理 2、学习掌握硅光电池的基本特性 3、掌握硅光电池基本特性测试方法 4、了解硅光电池的基本应用 二、实验内容 1、硅光电池短路电路测试实验 2、硅光电池开路电压测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 4、硅光电池伏安特性测试实验 5、硅光电池负载特性测试实验 6、硅光电池时间响应测试实验 7、硅光电池光谱特性测试实验 设计实验1：硅光电池光控开关电路设计实验 设计实验2：简易光照度计设计实验 三、实验仪器 1、硅光电池综合实验仪 1个 2、光通路组件 1只 3、光照度计 1台 4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 6、三相电源线 1根 7、实验指导书 1本 8、20M 示波器 1台 四、实验原理 1、硅光电池的基本结构 目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。 零偏反偏正偏 图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合
太阳能电池基本特性实验讲义
太阳能电池基本特性测定 目前人类所消耗的能源的70％来自煤、石油、天然气等化石燃料，在现有技术条件下，化石能源的大量使用给地球环境造成了严重危害，使人类生存空间受到了极大的威胁。科学家预言，尽管化石燃料能源未来仍将占有相当大比重，但其一统天下的局面将逐渐结束（地球上２亿年形成的化石燃料，大体只够人类使用300余年），可再生的清洁能源可望撑起未来世界能源供给的半壁江山。 太阳能的利用和研究是21世纪新型能源开发的重点课题之一。太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已应用于许多民用领域：如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。太阳能是一种清洁、“绿色”能源。因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。 一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理。 2、学习掌握硅光电池的基本特性及其测试方法。 3、了解硅光电池的基本应用。 二、实验仪器 1.光功率计 2.测试仪 3.光源 4.光电二极管（用专用连接线与光功率计相连接） 5.样品架（用于放置光电二极管传感器，以及待测太阳能电池样品，含遮光罩） 6. 导轨 7.单晶硅样品 7.多晶硅样品 图1 太阳能电池特性测试仪
1、太阳能电池:单晶硅和多晶硅各1块：60×60mm 2，有效面积50×45mm 2 ，开路电压不低于4V ，闭路电流不小于15mA ；2、光功率计:三位半数显，量程200uw 、2mw 和20mW 三档，数字按键档位切换；光功率计传感器采用高灵敏度光电二极管；3、精密电阻负载：0～99999.9Ω；4、测试仪:电压表：2.000V 和20.00V 两档；电流表：2.000mA 和200.0mA 两档；0-5V 可调直流电源，带限流输出功能；5、光源功率：100W ；6、导轨：长75cm ； 三、实验原理 太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为： )1(-=U o e I I β (1) (1)式中，Ｉ为通过二极管的电流，o I 和β是常数，o I 为反向饱和电流。 由半导体理论，二极管主要是由能隙为E C －E V 的半导体构成，如图2所示。E C 为半导体电带，E V 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的 假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻R Sh 与一个电阻R S 所组成，如图3所示。 图3中，I Ph 为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，I d 为光照时,通过太阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得： 0)(=---+sh d ph s R I I I U IR (2) （2）式中，I 为太阳能电池的输出电流，U 为输出电压。由（1）式可得， d sh ph sh s I R U I R R I --=+ )1( (3)
太阳能电池基本特性测定试验
太阳能电池基本特性测定实验 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。 太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线； UI U I曲线图；并测量太阳能变化关系，画出2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，对IUP FF；及填充因子电池的短路电流、开路电压、最大输出功率SCaxOCm IU L的关系，求出它们的近似函数关系。与光照度 3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SCOC 【实验仪器】 白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关 连接导线若干 供参考． 】【实验原理 区，pn区流向结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由太阳光照在半导体
太阳能电池特性的测量实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除太阳能电池特性的测量实验报告 篇一：太阳能电池特性测量实验 本科学生实验报告 学号姓名 学院物电学院专业、班级12级光电子班 实验课程名称太阳能电池特性测量实验教师及职称 开课学期学期填报时间日 云南师范大学教务处编印 一、实验设计方案 篇二：实验报告--太阳能电池伏安特性的测量 实验报告 姓名：张伟楠班级：F0703028学号：5070309108实验成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：08.03.17指导教师：批阅日期： 太阳能电池伏安特性的测量 【实验目的】 1.了解太阳能电池的工作原理及其应用 2.测量太阳能
电池的伏安特性曲线 【实验原理】 1．太阳电池的结构 以晶体硅太阳电池为例，其结构示意图如图1所示．晶体硅太阳电池以硅半导体材料制成大面积pn结进行工作．一般采用n+/p同质结的结构，即在约10cm×10cm面积的p型硅片（厚度约500μm）上用扩散法制作出一层很薄（厚度~0.3μm）的经过重掺杂的n型层．然后在n型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极．在整个背面也制作金属膜，作为背面欧姆接触电极．这样就形成了晶体硅太阳电池．为了减少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜．图一太阳电池结构示意图 2．光伏效应 图二太阳电池发电原理示意图 当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度eg，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对．那些在结附近n区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散．只要少数载流子离pn结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处．在p区与n区交界面的两侧即结区，存在一空间电荷区，也称为耗尽区．在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由n区指向p区，这个电场称为内建电
光伏特性曲线实验报告
绪论 一实验目的 本实验课程的目的，旨在通过课内实验教学，使学生掌握太阳能发电技术方面的基本实验方法和实验技能，帮助和培养学生建立利用所学理论知识测试、分析和设计一般光伏发电电路的能力，使学生巩固和加深太阳能发电技术理论知识，为后续课程和新能源光伏发电技术相关专业中的应用打好基础。 二实验前预习 每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。三注意事项 1、实验开始前，应先检查本组的仪器设备是否齐全完备，了解设备使用方法及线路板的组成和接线要求。 2、实验时每组同学应分工协作，轮流接线、记录、操作等，使每个同学受到全面训练。 3、接线前应将仪器设备合理布置，然后按电路图接线。实验电路走线、布线应简洁明了、便于测量。 4、完成实验系统接线后，必须进行复查，按电路逐项检查各仪表、设备、元器件的位置、极性等是否正确。确定无误后，方可通电进行实验。 5、实验中严格遵循操作规程，改接线路和拆线一定要在断电的情况下进行。绝对不允许带电操作。如发现异常声、味或其它事故情况，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。 6、测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。使用仪器仪表要符合操作规程，切勿乱调旋钮、档位。注意仪表的正确读数。． 7、未经许可，不得动用其它组的仪器设备或工具等物。 8、实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可拆除线路。最后，应清理实验桌面，清点仪器设备。 9、爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。 10、自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。 四实验总结 每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括： 1．实验目的； 2．实验仪器设备（名称、型号）； 3．实验原理； 4．实验主要步骤及电路图； 5．实验记录（测试数据、波形、现象）； 6．实验数据整理（按每项实验的实验报告要求进行计算、绘图、误差分析等）；．回答每项实验的有关问答题。7．
太阳能电池基本特性测定实验
太阳能电池基本特性测定实验 目对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。太阳能是一种新能源， 一是利利用太阳能发电目前有两种方法，前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究二是太阳能电池。用热能产生蒸气驱动发电机发电，为此，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。是21 世纪的热门课题，介绍太阳能电池的电学性质我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，联系科并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，和光学性质，技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。 】实验目的【无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线1. IPU FF、开路电压及填充因子、最大输出功率2. 测量太阳能电池的短路电流SCaxmOC IJJU的关系，求出它与相对光强3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SC0OC们的近似函数关系。【实验仪器】 光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱
】【实验原理, 在没有光照时太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。UI的关系为可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流qU???? 1?I?Ie nKT (1) ??0??In qK,1。是二极管的反向饱和电流,是玻尔兹曼常量是理想二极管参数,理论值为其中0q T为热力学温度。（可令）为电子的电荷量,??nKT EEE?由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为的半导体所构成。CVC E当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸为半导体价电带。为半导体导电带，V空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一电子-收，并产生电子-空穴对。 现象称为光伏效应。 光电流示意图 IPU, 和外太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压还有最大输出功率 SCaxOCm P IUFFFF。最大输出功率也就是定义为的最大值。填充因子填充因子axm P?FF max (2) UI OCSC FFFF,说明太阳能电池对光的利用值越大是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。率越高。 】【实验内容及步骤U?I特性（直流偏压从1.在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的V00?3.））设计测量电路图，并连接。（1 1 图q I UI?I?U的值。和曲线并求出常数关系数据，利用测得的正向偏压时（2）画出??0nKT 注意此时光源到太阳能电池距在不加偏压时，用白色光照射，测量太阳能电池一些特性。2.cm20
太阳能电池的特性测量
实验目的 1. 测量不同照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压U 0和短路电流I s 。 2. 在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率P 和负载电阻R 的函数关系。 3. 确定太阳能电池的最大输出功率P max 以及相应的负载电阻R max 和填充因数。 原理 当光照射在距太阳电池表面很近的pn 结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度E g ，则在p 区、n 区和结区光子被吸收会产生电子-空穴对（如图1）。那些在 pn 结附近n 区中产生的少数载流子由于浓度梯度而要扩散。只要少数载流子离pn 结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处。在p 区与n 区交界面的两侧即结区，存在一空间电流区，也称为耗尽区。在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由n 区指向p 区，这个电场称为内建电场。只有p 区的光生电子和n 区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向n 区，光生空穴被拉向p 区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在n 区边界附近有光生电子积累，在p 区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡pn 结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由p 区指向n 区。这一现象称为光伏效应（Photovoltaic effect ）。 图1 太阳能电池的工作原理 太阳能电池的工作原理是基于光伏效应的。当光照射太阳电池时，将产生一个由n 区到p 区的光生电流I s 。同时，由于pn 结二极管的特性，存在正向二级管电流I D ，此电流方向从p 区到n 区，与光生电流相反。因此，实际获得的电流I 为两个电流之差： )()(D S U I ΦI I -= （1） 如果连接一个负载电阻R ，电流I 可以被认为是两个电流之差，即取决于辐照度Φ的 负方向电流I s ，以及取决于端电压U 的正方向电流I D 。 由此可以得到太阳能电池伏安特性的典型曲线（见图2）。在负载电阻小的情况下，太阳能电池可以看成一个恒流源，因为正向电流I D 可以被忽略。在负载电阻大的情况下，太阳能电池相当于一个恒压源，因为如果电压变化略有下降那么电流I D （U ）迅速增加。
太阳能电池特性测量
太阳能电池特性实验仪 能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题。本世纪初进行的世界能源储量调查显示，全球剩余煤炭只能维持约216年，石油只能维持45年，天然气只能维持61年，用于核发电的铀也只能维持71年。另一方面，煤炭、石油等矿物能源的使用，产生大量的CO 2、SO 2等温室气体，造成全球变暖，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生，给人类带来无穷的烦恼。根据计算，现在全球每年排放的CO 2已经超过500亿吨。我国能源消费以煤为主，CO 2的排放量占世界的15%，仅次于美国，所以减少排放CO 2、SO 2广义地说，太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能,它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，几十亿年内不会枯竭，因此我们把它们称为可再生能源。太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。 在地球大气圈外，太阳辐射的功率密度为1.353kW /m 等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。 2 ，称为太阳常数。到达地球表面时，部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。在地球海平面上，正午垂直入射时，太阳辐射 的功率密度约为1kW /m 2 太阳能发电有两种方式。光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气，再驱动汽轮机发电，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。光—电直接转换方式是利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。 ，通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。太阳光辐射的能量非常巨大，从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能。太阳能不但数量巨大，用之不竭，而且是不会产生环境污染的绿色能源，所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。 与传统发电方式相比，太阳能发电目前成本较高，所以通常用于远离传统电源的偏远地区，2002年，国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。随着研究工作的深入与生产规模的扩大，太阳能发电的成本下降很快，而资源枯竭与环境保护导致传统电源成本上升。太阳能发电有望在不久的将来在价格上可以与传统电源竞争，太阳能应用具有光明的前景。 根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合物太阳能电池，有机太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性。 实验内容 1． 太阳能电池的暗伏安特性测量 2． 测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3． 测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4． 太阳能电池的输出特性测量
太阳能电池伏安特性曲线实验报告概要
太阳能光伏发电应用技术 实验项目：太阳能电池伏安特性曲线 专业年级： 2014级电子科学与技术 学生姓名： 学号： 146711000 指导老师： 成绩： 福建农林大学金山学院信息与机电工程系 2017年 6月 18日
一、实验目的 (1) 二、实验要求 (1) 三、实验仪器设备 (1) 四、实验原理 (1) 1、太阳能电池工作原理 (2) 2、太阳能电池等效电路图 (2) 3、伏安特性曲线 (2) 五、实验内容与步骤 (4) 1、实验内容 (4) 2、实验步骤 (4) 最大输出功率与入射角的关系测试 (7) 六、实验分析与实验总结 (10)
一、实验目的 1、了解并掌握光伏发电系统的原理 2、了解并掌握光伏发电系统的组成，学习太阳能发电系统的装配 3、了解并掌握太阳能电池的工作原理及其应用 二、实验要求 1、熟悉光伏发电系统的功能。 2、测量太阳能电池板的不同距离下开路电压、短路电流、并算出填充因子及绘出功率曲线 三、实验仪器设备 1、太阳能电池板 2、光源 3、可调电阻 4、2台万用表 四、实验原理 太阳能电池结构图
1、太阳能电池工作原理 光照下，P-N结将产生光生伏特效应。当入射光能量大于导体材料的禁带宽度时，光子在表面一定深度的范围内被吸收，并在结区及其附近的空间激发电子空穴对。此时，空间电荷区内的光生电子和空穴分离，P-N结附近扩散长度范围内的光生载流子扩散到空间电荷区。P区的电子在电场作用下漂移到N区，N区的空穴漂移到P区，产生光生电流。光生载流子的漂移并堆积形成与结电场方向相反的电场及正向结电流。当光生电流和正向结电流相等时，P-N结建立稳定的电势差，即光生电压。 2、太阳能电池等效电路图 为了进一步分析太阳能电池的特点，可以使用一个等效电路来表现太阳能电池的工作情况，等效电路图如图所示。电路由一个理想恒流源IL，一个串联电阻Rs，一个并联电阻Rsn，以及理想因子分别为1和2的两个二极管D1和D2组成。 太阳能电池等效电路图 3、伏安特性曲线 根据伏安特性曲线的数据，可以计算出太阳能电池性能的重要参数，包括开路电压、短路电流、最大输出功率、最佳输出电压、最佳输出电流、填充因子、太阳能电池光电转换效率，串联电阻以及并联电阻。下面对这些参数进行具体的解释。
太阳能特性测量实验
太阳能电池得特性测量 一、课堂笔记得预习 二、实验内容 (1)调整仪器: 图1 实验仪器 ①连接电流表,使电流表与电池、可变电阻串联,调节量程为直流200 mA、 ②连接电压表使之与电池并联,调节量程为直流3 V、 ③连接卤素灯与稳压源,使电池充分接受卤素灯照射。 (2)测量: ①接通电路,将可变电阻器阻值调为最小以实现短路,并调节卤素灯电源输出功率,使得短路电流在45 mA、 ②逐步改变负载电阻值降低电流,分别读取电流值、电压值,记入表格。 ③断开电路,测量并记录开路电压。 ④调节卤素灯电源输出功率分别使短路电流为35 mA, 25 mA, 15 mA, 并重复上述测量与数据记录。 ⑤在不同照度下,测量太阳能电池输出功率P与负载电阻R得函数关系。
三、数据记录
四、数据处理与结果分析 根据以上测量数据,可以得到以下数据。 :同一短路电流下测得得最大功率所对应得变阻器阻值。 :内阻阻值。 :同一短路电流下测得得最大功率。 :填充因子,用于表征光电转换效率,越接近1,光电转换效率越高。 其中: 由以上叙述与公式可以得到以下表格。 表2 由原始数据导出得数据 短路 电流 Is/mA Rmax/Ω Ri/Ω Rmax/Ri Pmax/mW (Uo*Is)/mW F=Pmax/(Uo*Is) F 平均值 45 40、0 45、6 0、878 72、25 92、25 0、783 0、791 35 49、6 58、0 0、854 55、61 71、05 0、783 25 68、5 78、8 0、869 38、79 49、25 0、788 15 108、9 127、3 0、855 23、21 28、65 0、810
太阳能电池基本特性实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除太阳能电池基本特性实验报告 篇一：实验报告--太阳能电池伏安特性的测量 实验报告 姓名：张伟楠班级：F0703028学号：5070309108实验成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：08.03.17指导教师：批阅日期： 太阳能电池伏安特性的测量 【实验目的】 1.了解太阳能电池的工作原理及其应用 2.测量太阳能电池的伏安特性曲线 【实验原理】 1．太阳电池的结构 以晶体硅太阳电池为例，其结构示意图如图1所示．晶体硅太阳电池以硅半导体材料制成大面积pn结进行工作．一般采用n+/p同质结的结构，即在约10cm×10cm面积的p型硅片（厚度约500μm）上用扩散法制作出一层很薄（厚度~0.3μm）的经过重掺杂的n型层．然后在n型层上面制作金属
栅线，作为正面接触电极．在整个背面也制作金属膜，作为背面欧姆接触电极．这样就形成了晶体硅太阳电池．为了减少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜．图一太阳电池结构示意图 2．光伏效应 图二太阳电池发电原理示意图 当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度eg，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对．那些在结附近n区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散．只要少数载流子离pn结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处．在p区与n区交界面的两侧即结区，存在一空间电荷区，也称为耗尽区．在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由n区指向p区，这个电场称为内建电场．这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向p区．同样，如果在结附近p区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速被拉向n区．结区内产生的电子–空穴对在内建电场的作用下分别移向n区和p区． 如果外电路处于开 路状态，那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结
(整理)太阳能电池各电性能参数-草稿.
太阳能电池各电性能参数的本质及工艺意义 ?武宇涛 ? 电性能参数主要有：V oc,Isc,Rs,Rsh,FF,Eff,Irev1,… 电性能参数在生产过程中尤其是在实时的生产控制现场，非常及时地反映了整个生产线生产工艺尤其是后道工序的动态变化情况，为我们对产线的控制及生产设备工艺参数的实时调节起到了非常重要的参考作用。 从可控性难易角度来说，V oc,Rs,Rsh,主要和原材料及生产工艺的本身特征相关，与工艺现场的调控波动性关系不是特别紧密，可称之为长程可控参数。而Isc,FF, Irev1与工艺现场的调控联系紧密，对各调控参数比较敏感，可称之为短程可控参数。 当然我们最关心的是效率Eff。而Eff则是以上所有参数的综合表现。 太阳能电池的理论基础建立在以下几个经典公式之上： Voc=(KT/q)×ln(Isc/Io+1) Voc=(KT/q)×ln(N aNd/ni2) 1 2 FF=Pm/(Voc×Isc)=Vm×Im/ (Voc×Isc) 3 4
Eff=Pm/(APin)=FF×Voc×Isc/APin=FF×Voc×Jsc/Pin 5 图-1太阳能电池的I-V曲线 图-2太阳能电池等效电路 从上面5式我们可以看到，与效率直接相关的电性能参数主要有：FF，Voc, Isc。在生产中我们还比较关心暗电流情况：Irev1，由1式可以看出，它与Voc有比较紧密地联系（实际也是这样的）。 为了更好地说明各参数间的联系，这里先录用几组数据如下：
表-1 线别Uoc Isc FF Rs Rsh EFF Irev>6>16%Isc>8.2Voc>620FF>78 P156(71)0.6188.2177.20.00381816.11%0.17%78.73%56.2%33.1% 1.3% P156(62)0.6168.2176.60.00413315.92%0.53%56.06%55.2%18.1%0.4% E-CELL(LY)0.6277.2978.10.00312914.68% 1.23%40.03%20.3%69.8%65.8% 以上P156均系LDK片源。 1，Voc 由于光生电子-空穴对在内建场的作用下分别被收集到耗尽层的两端，从而形成电势。所以我们认为Voc是内建电场即PN 结扫集电流的能力的直观表现。 由上面公式1所反映，Voc主要与电池片的参杂浓度(Nd)相关。对于宽△Eg的电池材料，相对会有比较高的Voc；但△Eg过高，又会导致光吸收效率的迅速下降（主要是长波段响应降低），使Isc是降低,所以需要找到一个最佳掺杂深度值。另一方面，高参杂又会引入更多的复合中心，使复合电流增加，同样也降低了Voc。所以在没有引起复合电流增加或者其增量比较小的前提下，参杂浓度的提高对Voc总是有益的。 在上表所示的三种成品电池片中，P156的片子与E-CELL 片子Voc有着显著的不同，这显然是由于冶金级硅的杂质浓度过大导致的。而对于62栅线和71栅线的电池片，由于其总体参杂浓度并没有显著的改变，所以其开压并没有显著差别。从上表还可以看出,E-CELL电池的Isc已经比比另两者有显著降低,我们可以认为对于P156的正常多晶硅电池片其Voc在620mv左右达
太阳能电池探究亮特性光照强度关系
大学物理科学与技术学院 大学物理综合实验训练论文实验名称：太阳能电池探究亮特性光照强度关系 班级：物教1201班 ：清华 学号：120801117 指导老师：俊来
太阳能电池探究亮特性光照强度关系 物教1201 清华指导老师：俊来 摘要：本文介绍了太阳能电池研究背景、实验原理等。在不同光强条件对单晶硅太阳电尺进行了测试.研究发现,当光强为3433.56—10617.33W/2m时,开路电压随着光强的增加呈对数关系增加,短路电流几乎呈线性变化。效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。填充因子随着光强的增加减小。 关键词：太阳能电池;输出特性；光强特性。 一、研究背景 随着经济社会的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。人类对能源的需求，随着社会经济而急剧膨胀，专家估计目前每年能源总消耗量为200亿吨标准煤，并且其中90%左右为不可再生的化石能源来维持。就目前情况，全球化石能源储备只能维持100年左右。太阳能以其清洁、长久、无害等优点自然而然成为人类可持续发展不得不考虑的能源方式。太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，而地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说，如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求。太阳能是最为清洁的能源，并且不受任何地域限制，随处可取。此外，将太阳能转换为电能后，电能又是应用围最广，输送最方便的一种能源。 太阳能一般指太的辐射能量。我们知道在太阳部无时无刻不在进行着氢转变为氦的热核反应，反应过程中伴随着巨大的能量释放到宇宙空间。太阳释放到宇
宙空间的所有能量都属于太阳能的畴。太阳能电池是目前太阳能利用的关键环节，核心概念是pn结和光生伏特效应 晶体硅太阳电池在如今的光伏市场中占据了绝对主导的地位,而且这一地位在今后很长一段时间不会改变,因此提高晶体硅太阳电池效率,降低生产成本,使晶体硅太阳电池能与常规能源进行竞争成为现今光伏时代的主题.太阳能是最具发展潜力的新能源。光伏发电是解决能源危机，实现能源可持续发展的重要途径之一。硅太阳能电池是当今市场的主流产品，其最高效率是24.7%，由新南威尔士大学马丁·格林教授研制的PERL单晶硅电池取得单并保持至今。继续提高转换效率十分困难，但电池的效率会随温度和光强变化而变化。因此，研究温度和光强对太阳能电池的影响是必要的。 二、太阳能光伏电池实验 （一）实验目的 1.了解pn结的基本结构与工作原理。 2.了解太阳能电池组件的基本结构，理解其工作原理。 3.掌握pn结的I-V特性（整流特性）及其对温度的依赖关系。 4.掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与测试方法，理解波长因素对太阳能电池输出特性的影响。 5.通过分析太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法，分析实验数据与理论结果间存在差异的原因。 （二）实验原理
太阳能电池基本特性测定实验
太阳能电池基本特性测定实验 太阳能电池就是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,就是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池就是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性与灵活性三大优点、太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染。 太阳能电池根据所用材料的不同,可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类,其中硅太阳能电池就是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池与非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用与工业生产中仍占据主导地位,但由于单晶硅成本价格高,大幅度降低其成本很困难,为了节省硅材料,发展了多晶硅薄膜与非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉,而效率高于非晶硅薄膜电池,其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此,多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻,转换效率较高,便于大规模生产,有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应,稳定性不高,直接影响了它的实际应用。 太阳能的利用与太阳能电池的特性研究就是21 世纪的热门课题,许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验,通过实验了解太阳能电池的电学性质与光学性质,并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验,联系科技开发实际,有一定的新颖性与实用价值。 【实验目的】 1、 无光照时,测量太阳能电池的伏安特性曲线; 2、 有光照时,测量电池在不同负载电阻下,I 对U 变化关系,画出U I -曲线图;并测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 、最大输出功率m ax P 及填充因子FF ; 3、 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 与光照度L 的关系,求出它们的近似函数关系。 【实验仪器】 白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关 连接导线若干 【实验原理】 太阳光照在半导体p-n 结上,形成新的空穴-电子对,在p-n 结电场的作用下,空穴由n 区流向p 区,电子由p 区流向n 区,接通电路后就形成电流。这就就是光伏效应太阳能电池的工作原理。 在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为 ? ?? ? ??-=10nKT qU e I I (1) 其中0I 就是二极管的反向饱与电流,n 就是理想二极管参数,理论值为1。K 就是玻尔兹曼常量,q 为电子的电荷量,T 为热力学温度。(可令nKT q =β )
太阳能电池特性(精)
如何设计锂离子电池充电器，以从太阳能电池板获得最大电力 作者：Jinrong Qian，德州仪器(TI) 应用工程设计经理和Nigel Smith，TI 系统工程师摘要 太阳能对便携式设备供电而言相当有吸引力，也一度广泛应用于计算器和航天飞行器等应用中。近期，我们正考虑将太阳能应用于包括移动电话充电器在内的更广泛的消费类产品应用中。 不过，太阳能电池板能提供的电力主要取决于工作环境，如光照强度、时间、地点等因素。电池通常用作能量存储设备，如果太阳能电池板能提供更多电力，就可给电池充电；如果太阳能电池板提供的电力不足，那么反过来电池就给系统供电。我们要如何设计锂离子电池充电器才能尽可能地利用太阳能电池并给锂离子电池充电呢？首先，我们来讨论太阳能电池的工作原理与电子输出特性，然后，我们再讨论电池充电系统的要求以及系统解决方案与太阳能电池特性相匹配的问题，从而尽可能地利用太阳能电池。 太阳能电池的I-V 特性 基本上，太阳能电池包括一个p-n 接点，光能（光子）在此使得电子和空穴重新组合，从而产生电流。由于p-n接点的特性类似于二极管，因此我们通常将图1 所示的电路用作太阳能电池特性的简化模型。 此处插入图1 图1 ：太阳能电池的简化电路模型 电流源IPH 生成的电流与太阳能电池接收的光照量成正比。在不接负载时，几乎所有生成的电流都流经二极管D，其正向电压决定着太阳能电池的开路电压(VOC)。VOC 因不同类型太阳能电池的具体特性而有所差异。但对大多数硅电池来说，VOC 值都在0.5V～0.6V
之间，这也是p-n 接点二极管的正常正向电压范围。 并行电阻(RP) 表示实际电池发生的较小漏电流，而Rs 则表示连接损耗。随着负载电流的增加，太阳能电池生成的电流会有更多一部分偏离二极管而进入负载。对大多数负载电流值来说，这对输出电压仅产生很小的影响。 图2 显示了太阳能电池的输出特性。太阳能电池的输出随着二极管的I-V 特性不同而略有变化，且串联电阻(RS) 也会造成较小的压降，但输出电压基本保持为常量。不过，在某一时刻，通过内部二极管的电流会非常小，导致偏置不足，这样二极管上的电压会随负载电流的上升而快速下降。最后，当所有生成的电流都流经负载而不通过二极管时，输出电压为零。这种电流称作太阳能电池的短路电流(ISC)，它与VOC 都是决定电池工作性能的主要参数，因此，我们将太阳能电池视为“电流有限的”电源。当输出电流增加时，输出电压会下降，最后降为零，这时负载电流为短路电流。 此处插入图2 图2 ：典型的太阳能电池I-V 特性 在大多数应用中，理想情况是尽可能从太阳能电池获得最大电力。由于输出功率是输出电压与电流的乘积，因此我们应明确电池哪部分工作区能实现最大的输出电压与电流乘积值，即所谓的最大功率点(MPP)。在一种极端情况下，输出电压为最大值(VOC)，但输出电流为零；在另一种极端情况下，输出电流为最大值(ISC)，但输出电压为零。在上述两种情况下，输出电压与电流的乘积均为零，因此，MPP 必须在两种极端情况之间。 我们可以很容易地证明（或通过实验观察到），不管在何种应用，MPP 实际上总会出现在太阳能电池输出特性图的转弯处（见图3）。实践中的问题在于，太阳能电池MPP 的确切位置会随着光照和环境温度的变化而变化，因此，为了尽可能利用太阳能，系统设计时必须在实际工作条件下实现或接近MPP。
太阳能电池特性测试实验报告
太阳电池特性测试实验 太阳能是人类一种最重要可再生能源，地球上几乎所有能源如: 生物质能、风能、水能等都来自太阳能。利用太阳能发电方式有两种：一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。其中，光—电直接转换方式是利用半导体器件的光伏效应进行光电转换的，称为太阳能光伏技术，而光—电转换的基本装置就是太阳电池。 太阳电池根据所用材料的不同可分为：硅太阳电池、多元化合物薄膜太阳电池、聚合物多层修饰电极型太阳电池、纳米晶太阳电池、有机太阳电池。其中，硅太阳电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池、多晶硅薄膜太阳电池和非晶硅薄膜太阳电池三种。单晶硅太阳电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但单晶硅成本价格高。多晶硅薄膜太阳电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池。非晶硅薄膜太阳电池成本低，重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力，但稳定性不高，直接影响了实际应用。 太阳电池的应用很广，已从军事、航天领域进入了工业、商业、农业、 通信、家电以及公用设施等部门，尤其是在分散的边远地区、高山、沙漠、海岛和农村等得到广泛使用。目前，中国已成为全球主要的太阳电池生产国，主要分布在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 一、 实验目的 1． 熟悉太阳电池的工作原理； 2． 太阳电池光电特性测量。 二、 实验原理 （1） 太阳电池板结构 以硅太阳电池为例：结构示意图如图1。硅太阳电池是以硅半导体材料制成的大面积PN 结经串联、并联构成，在N 型材料层面上制作金属栅线为面接触电极，背面也制作金属膜作为接触电极，这样就形成了太阳电池板。为了减小光的反射损失，一般在表面覆盖一层减反射膜。 （2） 光伏效应 当光照射到半导体PN 结上时，半导体PN 结吸 收光能后，两端产生电动势，这种现象称为光生伏特效应。由于P-N 结耗尽区存在着较强的 图1 太阳能电池板结构示意图