太阳能电池的特性测量

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实验20 太阳能电池特性的测量

实验20 太阳能电池特性的测量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汽驱动发电机发电，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。

太阳能电池也称光伏电池，是将太阳辐射能直接转换为电能的器件。

由这种器件与相配套的装置组成的太阳能电池发电系统具有不消耗常规能源、无转动部件、寿命长、维护简单、使用方便、功率大小可任意组合、无噪声、无污染等优点。

世界上第一块实验用半导体太阳能电池是美国贝尔实验室于1954年研制的。

经过50多年的努力，太阳能电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。

目前太阳能电池的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。

太阳能是一种清洁的“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。

【实验目的】1．探讨太阳能电池的基本特性；2．研究无光照时太阳能电池在外加偏压时的伏安特性；3．测量太阳能电池有光照时的输出特性，并求出它的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子；4．测量太阳能电池的短路电流、开路电压与相对光强的关系，求出它们的近似函数关系。

【预备问题】1．如何对光具座的同轴等高调节？2．太阳能电池在使用时正负极能否短路？普通电池在使用时正负极能否短路？3．太阳能电池的基本工作原理是什么？4．填充因子的物理意义是什么？如何通过实验方法测量填充因子？【实验仪器】太阳能电池特性实验仪（包括光具座、滑块、光源、太阳能电池、遮光板、光功率计、直流稳压电源、遮光罩、单刀双掷开关等）、万用表、电阻箱。

【实验原理】1．太阳能电池的结构以晶体硅太阳能电池为例，它以P型硅半导体材料作为基质材料，通过在表面的N型杂质扩散而形成PN结，N型半导体为受光面，为了减少光的反射损失，一般在整个表面覆盖一层减反射膜，在N型层上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图20-1 太阳能电池结构图触电极，这样就形成了晶体硅太阳能电池，如图20-1所示。

太阳能电池特性测量

实验一太阳能电池的特性曲线测定
【实验目的】
测定太阳能电池的电流—电压特性及其功率曲线。

【实验原理】
太阳能电池模块的性能不仅与电池本身的特性有关，同时也和回路中的负载有关。

通过实验可以测定最大功率点，及MPP点，在此位置可以获得太阳能电池模块的最大输出功率。

测试电路如下：
【实验仪器】
太阳能电池模块1个，光源1个，电阻箱1个，电压、电流传感器各1个，
750型数据转换器1台，微型计算机1台。

【操作程序和数据】
如图连接电路。

将电压传感器和电流传感器与转换器连接并打开电源。

打开光源使灯光直射到太阳能电池板上。

等待一分钟以避免由于温度起伏引起的误差。

然后从开路状态（R=∞）开始测量电流—电压曲线，之后逐渐减小电阻，对每一个阻值记录相应得电压和
电流。

为了得到有代表性的结果，每一对数据测量的时间持续20秒左右。

【数据记录及数据处理】
根据记录的数据画出电流—电压曲线和电流—功率曲线。

【注意事项】
1．光源距离太阳能电池板的距离不宜太近，以免损坏太阳能电池。

2．实验过程中要注意观察回路中的输出电流，最大电流不能超过1.5A，以免损坏电流传感器。

1。

太阳能电池特性测量

太阳能电池无光照特性测量实验目的在没有光照时，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实验器材THQTN-1型太阳能电池特性测试仪（太阳能电池板、光功率计探头、直流电压表、直流电流表、直流稳压电源、负载电阻、入射光强指示、白炽灯、导轨等）实验原理一．太阳能电池板结构以硅太阳能电池为例，结构示意如图1。

硅太阳能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，这样就形成了太阳能电池板。

为了减少光电池表面的反射损失，一般在表面覆盖一层减反射膜。

二．无光照时，太阳能电池正向U I -特性太阳能电池工作原理基于光伏效应。

当光照射到太阳能电池板时，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换为电能。

在没有光照时，可将太阳能电池视为一个二极管，其正向电压与通过的电流I 的关系为0(1)U I I e β=- 式中，o I 和β是常数。

实验步骤：一．测量太阳能电池无光照时的伏安特性实验条件：用遮光罩挡光，使太阳能电池无光照。

太阳能电池正向电压测量范围：0～3.00V ，测量10个点，变化明显处测量间隔要小。

测量电路如图2所示。

太阳光电极 N P 型射膜图1 太阳能电池板结构示意图图2二.步骤：1.用导线按照电路图将实物连接好。

2.太阳电池合上暗室盖，电流表选择2mA档。

3.调节直流稳压电源，使电压值显示为数据表所示4.记录相应数据填入数据表中。

5.根据表格画出太阳电池无光照下的伏安特性曲线。

实验完成，整理好导线及器材。

实验结论：画出太阳能电池无光照时的伏安特性曲线。

仪器介绍：太阳能电池特性测试实验仪主要由两部分组成：1．太阳能电池实验仪部分有：太阳能电池板及锁紧螺钉，光功率计探头，白炽灯，导轨，底座，实验装置如图2所示。

图22．太阳能电池测试仪部分有：直流电压表，直流电流表，入射光强指示，直流稳压电源，负载电阻。

测试仪面板如图3所示。

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结上产生一个光生电动势．这一现象称为光伏效应（photovoltaiceffect,缩写为pV）．3．太阳电池的表征参数太阳电池的工作原理是基于光伏效应．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Iph．同时，由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID，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（1）式中VD为结电压，I0为二极管的反向饱和电流，Iph为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的．n称为理想系数（n值），是表示pn结特性的参数，通常在1~2之间．q为电子电荷，kb为波尔茨曼常数，T为温度．如果忽略太阳电池的串联电阻Rs，VD即为太阳电池的端电压V，则（1）式可写为（2）当太阳电池的输出端短路时，V=0（VD≈0），由（2）式可得到短路电流即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比．当太阳电池的输出端开路时，I=0，由（2）和（3）式可得到开路电压（3）当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线如图2所示．负载R可以从零到无穷大．当负载Rm使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率pm为（4）式中Im和Vm分别为最佳工作电流和最佳工作电压．将Voc与Isc的乘积与最大功率pm之比定义为填充因子FF，则（5）FF为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高．FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等．。

【2019年整理】太阳能电池特性的测量

实验目的实验原理数据记录及处理

仪器及材料实验内容注意事项及思考题
2019/4/12
2
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I 对U 的变化关系, 短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子。 3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压与相对光强的关系，求出它们的近似函数关系。
太阳能电池特性的测量
物理实验中心
2019/4/12
1
太阳能电池基本特性的测量

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。因此，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，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。
IRs U (I ph I d I )Rsh 0
Rs U I (1 ) I ph Id Rsh Rsh
（ 3）
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假定 Rsh 和 Rs 0 ，太阳能电池可简化为图3所示电路。
Id Iph I
U
图3 这里， I I ph I d I ph I0 (eU 1) . 在短路时，U＝0，I ph I sc ； U 而在开路时，I＝0， I sc I0 (e 1) 0 ；
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数据记录及处理

太阳能电池的特性测量

太阳能电池的特性测量（虚仿）创建人：系统管理员总分：100报告人：学号：分组序号：一、实验目的[线上学习不用写]二、实验仪器[线上学习不用写]三、实验原理[线上学习不用写]四、实验内容[线上学习不用写]五、原始实验数据记录1、测量太阳能电池的短路电流I s和开路电压U0Is=45mA，U0= 2.03 （V）2、测量太阳能电池的端电压U和电路的电流I，见下表。

次数11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 内容I/mA 14.1 12.4 11.1 9.6 7.8 6.0 4.1 2.4 45.0 45.0 U/V 1.95 1.96 1.97 1.98 1.99 2.00 2.01 2.02 1.34 0.45 R/Ω138 158 177 206 255 333 490 841 29.8 10.0 P/mW 27.5 24.3 21.9 19.0 15.5 12.0 8.24 4.85 60.3 20.2六、数据处理（1）根据U－I测量结果，完成上面的实验表格，并求出最大的功率P和最大的电max 。

答：Pmax=72.2mW Rmax=39.6Ω阻Rmax（2）计算填充因子答：由U0=2.03V Is=45mA结合（1）可知FF=0.790七、思考题1、总结太阳能电池和普通电池的异同点？答：相同点：太阳能电池和普通电池最终储存得都为电能，在相应的时间段内，两者都能够作为储存电池持续提供电能。

不同点：太阳能电池不需要消耗化学物质，只要有阳光就会生电；普通电池必须要发生化学反应才会生电。

普通电池有一定得寿命，不可储存太久，否则电量会慢慢耗尽，太阳能电池不存在化学物质失效的问题，可以长期保存。

八、实验总结答：实验测得的最大功率Pmax=72.2mW，对应电阻Rmax=39.6Ω，填充因子为0.79实验误差分析：系统误差：电流表与电压表内阻以及导线内阻接触电阻对实验的影响；因为导线的接入而导致遮光罩可能没有完全密封；万用表及变阻箱造成的误差；随机误差：人为记录数据时记录错误，读数不准确，接线时没有接正确，万用表的读书不准确。

实验7 虚拟仿真实验--太阳能电池的特性测量(2)

双击万用表可以看到如图5所示的放大图。
本实验万用表作为电流表时选择量程
，作为电压表时选择量程。连
线时注意黑色表笔连接接地端，红色表笔连
接电流（或电压）插孔。把量程调节到相应
的档位，打开开关即可进行读数。
双击电池板可弹出放大图，每个九宫格
上的点是连接在一起的，在放大图里调节可
变电阻的大小。
测量值/组数
第一组
第二组
第三组
第四组
()
39.91
51.06
69.92
109.59
()
45.45
58.00
79.60
127.15
/
0.878
0.880
0.878
0.862
表5 电阻及由 = / 得到的内阻的比较
第一组
第二组
第三组
第四组
()
的重要电源。
随着可再生能源的渐趋枯竭和石化燃料
带来污染的日趋严重，太阳能电池将成为未
来重要的基础能源之一。
图1 共享单车车筐里的太阳能电池板
三、实验原理/ 3.2 PN结
光照
+

+
+
+
内建电场

-
PN结即最简单的太
阳能电池器件
图2 太阳能电池的原理图

PN结内部存在由正、负离子的扩散引起的内建电场（如图2所
双击光源电源可弹出放大图，在放大图
里调节光源的亮度。
图5 万用表放大图
四、实验内容/4.2 实验步骤
1. 按右图所示连接电路图
2. 左边万用表作为电流表，量程选。右边万用表作为电压表，
量程选为；

大学物理研究性实验报告_太阳能电池的特性测量

大学物理研究性实验报告_太阳能电池的特性测量摘要：本实验旨在通过特性测量方法研究太阳能电池的工作机理和特性参数，并验证太阳能电池的光伏效应。

在实验中，使用太阳能电池组分别测量其短路电流、开路电压、最大功率输出和填充因子等参数，并绘制出其伏安特性曲线和功率曲线。

实验结果表明，太阳能电池的输出电流、输出电压和输出功率都随光照强度的增加而增加，但是衰减左右场景不同，衰减较快的为室外光照强度较强场景。

太阳能电池的最大功率输出点需根据不同光照强度下自行求解，而填充因子对太阳能电池的输出功率有显著影响。

关键词：太阳能电池；特性测量；伏安特性曲线；功率曲线；光伏效应；填充因子 1. 实验原理太阳能电池是一种将光能直接转换为电能的装置，其工作原理是基于光伏效应。

当光照射在半导体材料上时，会在材料内部产生电子-空穴对，即通过光照，半导体材料内的电子从价带跃升到导带，留下空穴。

由于这些电子和空穴在电场作用下会分别向相反的电极移动，因此在同一方向引出电流，形成光生电动势。

太阳能电池的主要参数包括短路电流$I_{sc}$、开路电压$V_{oc}$、最大功率输出$P_{max}$和填充因子$FF$。

短路电流是在电池组端口短路状态下的输出电流，而开路电压是在电池组端口开路状态下的电压。

最大功率输出是在负载电阻为某一特定值时，电池组所输出的最大功率。

填充因子是指在最大功率输出条件下，电池组实际输出功率与在同等照射强度下能产生的最大功率之比，即$FF=P_{max}/(V_{oc}\times I_{sc})$。

2. 实验方法（1）测量太阳能电池的短路电流$I_{sc}$将太阳能电池组放置在光源下，使其所在平面与光线垂直，调节光源照射强度至较大值，记录短路电流的数值。

此时，太阳能电池组端口暂时不接任何负载电阻。

（图1）（3）测量太阳能电池的最大功率输出$P_{max}$和填充因子$FF$将太阳能电池组放置在光源下，使其所在平面与光线垂直，调节光源照射强度至较大值，依次接入不同大小的负载电阻，并记录每种电阻下的电池组输出电压和输出电流的数值，计算输出功率。

物理实验太阳能电池特性测定原理

物理实验太阳能电池特性测定原理太阳能电池是一种将太阳光转换为电能的装置，它可以直接将太阳光转换为电能，具有清洁、可再生等优点。

太阳能电池的特性测定是判断太阳能电池输出电压、输出电流、光伏效率、填充因子等参数，这些参数决定了其在不同应用场合中的表现。

以下是太阳能电池特性测定的原理和方法。

1.光伏效应原理当光线照射在太阳能电池的PN结上，光能被吸收并激发带正负电荷的电子，带电的电子在PN结中形成电场，可产生电压和电流。

这种现象就是光伏效应，具有一定的光伏响应度。

2. IV 曲线原理通过测量太阳能电池在不同电压下的输出电流大小，可以绘制出一条 V-I 曲线。

在这条曲线上，太阳能电池的最大功率输出点为最大功率点(MPP)，对应的工作电压为最大功率点电压(V_mpp)，对应的工作电流为最大功率输出电流(I_mpp)。

从这条 V-I 曲线上还可以计算出填充因子、开路电压、短路电流等参数。

1. 实验装置太阳能电池、V-I 测量仪、多用表、光强计。

2. 实验步骤步骤一：准备实验装置。

将太阳能电池放在太阳下，使其接收到光照。

将 V-I 测量仪和多用表与太阳能电池接好。

步骤二：测量太阳能电池的开路电压和短路电流。

使用多用表测量太阳能电池的开路电压和短路电流，其中，短路电流是指将电路中两端短接后所得到的最大电流值。

步骤三：绘制 V-I 曲线。

使用 V-I 测量仪在太阳能电池的电路中连续测量不同电压下的输出电流大小。

记录数据并绘制 V-I 曲线。

步骤四：计算填充因子、最大功率点电压和最大功率输出电流。

步骤五：计算光伏转换效率。

使用光强计测量所接受的光强度，并使用测量得到的太阳能电池输出电流和光强度计算光伏转换效率。

三、总结太阳能电池的特性测定是重要的实验内容，通过测量各个参数可以确定太阳能电池在不同应用场景下的表现。

在实验中，需要使用多个实验设备，综合运用光学、电学的知识进行测量。

同时，也需要注意实验环境和实验操作的安全。

太阳能电池的特性测量

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）。

太阳能电池基本特性的测量

太阳能电池基本特性的测量本文由【】搜集整理。

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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、太阳能收音机、太阳能电站，目前太阳能作为一种清洁、绿色的再生能源有着广泛的应用前景。

本实验主要研究太阳能电池的基本特性、吸收光能转变为电能的特性。

一、实验目的：（1）测定太阳能电池在无光照条件下的伏安特性，验证它与二极管具有相同的特性（2）测定太阳能电池在光照时的输出特性，并求出短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子（3）测定太阳能电池随光照变化的特性。

二、实验仪器：光具座、太阳能电池、数字万用表两块、电阻箱、直流电源、光功率计和探头、开关、电路板、导线三、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，正向偏压u 与通过电流I 的关系为0(1)u I I e β=-，0I 和β是常数。

根据半导体理论，二极管主要是由能隙为c v E E -的半导体构成，c E 为半导体电带，v E 为半导体价电带。

入射光光子的能量为hv (h 为普朗克常数，v 为光的频率)，当光子能量c v hv E E >-时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对，它们分别受到半导体内电场作用而产生光电流。

太阳能电池在工作时的简化电路如图所示，它可等效为一个电流源与二极管的并联。

由图可知：0(1)uph d ph I I I I I e β=-=--当输出短路时：0u = 短路电流sc ph I I I ==当输出开路时：0I = 代入上式得：(1)0u ph I I e β--= →0(1)oc u sc I I e β=-oc u 为开路电压四、实验内容和要求：1、在无光照条件下测量太阳能电图一池正向偏压时的I U -特性（1）用盖板盖住太阳能电池，使太阳能电池在无光照条件下工作。

实验太阳能电池

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）。

【报告】太阳能电池特性的测量实验报告

【关键字】报告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：08实验成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：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10 cm×10 cm 面积的p 型硅片（厚度约500 μm）上用扩散法制作出一层很薄（厚度~0.3 μm）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 结上产生一个光生电动势．这一现象称为光伏效应（Photovoltaic Effect, 缩写为PV）．3．太阳电池的表征参数太阳电池的工作原理是基于光伏效应．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Iph．同时，由于pn 结二极管的特性，存在正向二极管电流ID，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（1）式中VD 为结电压，I0 为二极管的反向饱和电流，Iph 为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的．n 称为理想系数（n 值），是表示pn 结特性的参数，通常在1~2 之间．q 为电子电荷，kB 为波尔茨曼常数，T 为温度．如果忽略太阳电池的串联电阻Rs，VD 即为太阳电池的端电压V，则（1）式可写为（2）当太阳电池的输出端短路时，V = 0（VD ≈ 0），由（2）式可得到短路电流即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比．当太阳电池的输出端开路时，I = 0，由（2）和（3）式可得到开路电压（3）当太阳电池接上负载R 时，所得的负载伏–安特性曲线如图2 所示．负载R 可以从零到无穷大．当负载Rm 使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率Pm 为（4）式中Im 和Vm 分别为最佳工作电流和最佳工作电压．将Voc 与Isc 的乘积与最大功率Pm 之比定义为填充因子FF，则（5）FF 为太阳电池的重要表征参数，FF 愈大则输出的功率愈高．FF 取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等．太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能Pin 之比，即（6）图三太阳电池的伏–安特性曲线4．太阳电池的等效电路图四太阳电池的等效电路图太阳电池可用pn 结二极管D、恒流源Iph、太阳电池的电极等引起的串联电阻Rs 和相当于pn 结泄漏电流的并联电阻Rsh 组成的电路来表示，如图3 所示，该电路为太阳电池的等效电路．由等效电路图可以得出太阳电池两端的电流和电压的关系为（7）为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻Rs，增大并联电阻Rsh．【实验数据记录、实验结果计算】◆实验中测得的各个条件下的电流、电压以及对应的功率的表格如下：表11. 根据以上数据作出各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线2. 各个条件下，光伏组件的输出功率P随负载电压V的变化【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】◆各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线图的分析与讨论从图中的曲线可以明显看出：1. 光照距离越近，也即是光强越大，电池产生的电动势越大（但不能断定是否有上界）；2. 研究电动势的大小，两个电池并联，电动势几乎不变，电池串联，电动势大致增大一倍；3. 研究电池电阻的大小，在I-V图里，函数线越陡，电阻越小，函数线越平坦，电阻越大。

太阳能电池特性的测量实验报告doc

太阳能电池特性的测量实验报告.doc 实验报告：太阳能电池特性的测量一、实验目的本实验旨在通过测量太阳能电池的特性，包括电流、电压、填充因子和转换效率等参数，以了解太阳能电池的工作原理和性能特点。

二、实验原理太阳能电池是一种利用光能转换为电能的装置。

其工作原理基于光生伏特效应。

当太阳光照射在太阳能电池表面时，光子与半导体材料相互作用，使电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。

太阳能电池的特性受到材料、结构、光照条件等多种因素的影响。

三、实验步骤1.准备实验器材：太阳能电池模块、数字万用表、光源及光强计、恒流电源、负载电阻等。

2.将太阳能电池模块放置在光强计前，调整光强计与太阳能电池模块的相对位置，使光线垂直照射在太阳能电池表面。

3.用数字万用表分别测量太阳能电池的正负极电压和电流。

测量时需要注意万用表的量程选择和极性判断。

4.调整恒流电源的输出电流，使太阳能电池在不同光照强度下工作，重复步骤3的测量。

5.连接负载电阻，测量太阳能电池在不同负载条件下的电压和电流。

6.记录实验数据，绘制电流-电压曲线和填充因子-电压曲线。

7.根据测量结果计算太阳能电池的转换效率。

四、实验结果及数据分析1.实验数据记录：根据实验数据，可以得出以下结论：（1）随着光照强度的增加，太阳能电池的电压和电流也相应增加。

这表明太阳能电池的输出性能受到光照条件的直接影响。

（2）填充因子(FF)是衡量太阳能电池性能的重要参数之一。

FF值越高，说明太阳能电池的电学性能越好。

实验数据显示，随着光照强度的增加，填充因子略有提高，但变化不大。

这说明填充因子主要受到材料和结构等因素的影响，而非单一的光照条件。

（3）转换效率(η)是评价太阳能电池能量转换效率的重要指标。

实验数据显示，随着光照强度的增加，转换效率呈上升趋势。

然而，当光强达到一定值时，由于串联电阻的增加和反偏二极管的影响，转换效率趋于稳定。

这说明在选择太阳能电池材料时，需要综合考虑材料的导电性能、光学性能和稳定性等因素。

太阳能特性测量实验

太阳能电池的特性测量一、课堂笔记的预习二、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, 并重复上述测量和数据记录。

⑤在不同照度下，测量太阳能电池输出功率P和负载电阻R的函数关系。

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的最大功率所对应的变阻器阻值。

：内阻阻值。

：同一短路电流下测得的最大功率。

：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：由以上叙述和公式可以得到以下表格。

表2 由原始数据导出的数据短路电流Is/mA Rmax/Ω Ri/Ω Rmax/Ri Pmax/m W (Uo*Is)/mW F=Pmax/(Uo*Is)F 平均值 45 40.0 45.6 0.878 72.25 92.25 0.783 0.79135 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 15108.9127.30.85523.2128.650.810池的伏安特性曲线如下。

图2 不同短路电流下太阳能电池的伏安特性曲线可以看出，该伏安特性曲线与理想的伏安特性曲线相近。

五、思考题1.温度会对太阳能电池带来什么影响？温度会影响太阳能电池的开路电压，短路电流，输出功率。

决定开路电压大小的是半导体的禁带宽度和费米能级，由于温度越高，其费米能级越靠近价带，所以温度越高其开路电压越小，也就是说，温度--开路电压二者的曲线大概是一个斜率为负值的直线。

太阳能电池基本特性的测量

“绿-1)(1)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、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(I se )、开路电压(U oc )、最大输出功率P m 及填充因子FF ,［FF =P m /(l se * U OC )］。

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I sc 和相对光强度J/J 。

之间关系，画出I sc与相对光强J/J o 之间的关系图；测量开路电压 U °c 和相对光强度J/J o 之间的关系，画出U oc 与相对光强J/J o 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：(1) 式中，I o 和［是常数。

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 1所示。

E c 为价带E V 圏1电子利空穴在电场的作用下产生光电战IR s U一（1冲一匚一i）R sh =0假定R sh 一：：和R s =0，太阳能电池可简化为图3所示电路。

这里，I "ph」d =I ph -I o(e U -1)。

在短路时，U -0，I ph =4 ；而在开路时，I =0，I sc —10 (e u°c—1) = 0 ；Id1 !b （V）土D V----------------- 4 ----------------- O 图$末阳能电池的简化电路图半导体导电带，E V为半导体价电带。

大学物理研究性实验报告_太阳能电池的特性测量

在正文的第一部分，我从一名大二本科生的角度对实验原理进行了系统地重新表述，查阅资料补充了部分电学的必要知识（例如禁带宽度的定义），同时我还根据自己的理解写出了太阳能电池的基本原理和太阳能电池器件的等效电路。

在正文的第二部分，本文详细介绍了操作需要用到的仪器并细致地描述了实验操作的各个流程。

在正文的第三部分，本文重新进行了数据处理，并初步分析了实验误差，标注了实验注意事项以及对实验课后思考题做出了自己的回答。

在正文的第四部分，也就是讨论部分，我做了大量的工作。

先分析了影响太阳能电池转换效率的因素，然后提出了两种实验改进方法，接着提出了禁带宽度的测量方法，最后探索了实际P-N结与理想模型之间的差别以及对实验数据的影响。

并且在第四部分的最后我还写了两年来自己学习物理实验的实验感想以及收获。

关键词：太阳能电池开路电压短路电流输出特性AbstractIn the first part of the text, from the perspective of a sophomore undergraduate experimental principle rephrase supplemented with some electrical knowledge necessary (for example, the band gap of the definition), access to information, at the same time I also according to their understanding to write the equivalent circuit of the basic principles of solar cells and solar cell devices.In the second part of the text, this article details the operation requires the use of instruments and detailed description of the experimental operation of the various processes.In the third part of the text, re-processing, and a preliminary analysis of the experimental error, marked experimental Notes and Questions experimental after-school made its own answer.In the fourth part of the text, that is, the discussion section, I have done a lot of work. First analyze the factors affecting the conversion efficiency of the solar cell, and then the two experimental improved method, followed by the forbidden bandwidth of the measuring method, and the last explore the difference between the actual PN junction with the ideal model and the experimental data. And I also wrote in the fourth part of the last two years studying physics experiment experimental feelings and harvest.Key word: Solar cell Open-circuit voltage Short-circuit current Output Characteristics第一部分实验原理的重新表述 (1)一、实验要求 (1)二、实验原理 (1)1.太阳能电池的分类 (1)2.P-N结 (1)3.禁带宽度 (2)4.太阳能电池的伏安特性曲线及相关特性参数 (2)5.太阳能电池的基本原理 (4)6.太阳能电池器件的等效电路 (4)第二部分实验内容及操作详细流程 (5)三、仪器介绍 (5)四、实验内容及操作详细流程 (7)1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量 (7)2.开路电压，短路电流与光强关系测量 (7)3.太阳能电池输出特性实验 (8)4.注意事项 (8)第三部分数据的重新处理与深入思索 (9)五、太阳能电池基本特性测量 (9)1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量 (9)2.开路电压、短路电流与光强关系测量 (10)3.太阳能输出特性试验 (12)六、实验误差分析 (14)七、实验课后思考题 (14)第四部分讨论 (15)八、影响太阳能电池转换效率的因素 (15)九、实验方法的比较与改进 (15)1.传统的太阳能电池伏安特性测量方法 (15)2.利用计算机和Labcoder数据采集分析系统改进实验 (16)3.利用Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机改进实验 (18)十、禁带宽度的测量 (19)1.测量原理 (19)2.测量方法 (19)十一、实际P-N结与理想模型之间的差别 (20)P-N结的伏安特性分析及等效电路 (20)十二、实验感想与体会 (22)1.课前认真地预习 (22)2.做好课堂操作 (23)3.掌握好一些基本的数据处理方法。

太阳能电池的特性测量

太阳能电池特性测量实验报告学院能源与环境工程学院班级学号姓名林晓晨一、实验目的与实验仪器实验目的：（1）了解太阳能电池的光伏效应原理，了解单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池的差别；（2）研究在无光照情况下太阳能电池的伏安特性（即暗伏安特性）；（3）研究在光照情况下太阳能电池的输出特性。

实验仪器：ZKY-SAC-I 太阳能电池特性实验仪、可变负载、光源、导轨、遮光罩、光强探头、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。

二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1.太阳能电池光生伏特效应的原理光生伏特效应是指半导体材料由于受到光照而产生电动势的现象，简称光伏效应。

太阳能电池就是利用这种半导体P-N 结受到光照时的光伏效应进行发电的。

需要注意的是，太阳能电池产生光生伏特效应用于发电需要满足两个条件：（1）材料对光具有本征吸收（可以产生内光电效应）；（2）在太阳能电池内部可以形成内建电场，能够迅速分离光生载流子，且能够阻止光生载流子的复合。

2.太阳能电池的特性当无光照射在太阳能电池时，可以将太阳能电池等效为一个二极管；有光照射在太阳能电池时，则可以将其等效为一个受控电流源，其等效电路如图5.17-2 所示。

图中，I L为光照射到电池吸收层中产生的光生电流，当光照相对比较恒定的时候，光生电流不会随着工作状态改变，可以看做恒流源。

理想的太阳能电池正向电流IF与其压降UF之间满足以下关系式：三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）1.太阳能电池的暗伏安特性测量将电压源调到0V，然后逐渐增大输出电压，每间隔0.3V 记一次电流值，并将数据记录到表中。

将电压输入调到0V，并将“电压输出”接口的两根连线互换，即给太阳能电池加上反向的电压。

逐渐增大反向电压，每间隔1V 记录一次电流值，并将数据记录到表中。

绘制三种太阳能电池的伏安特性曲线。

2.开路电压、短路电流与光强关系测量打开光源开关，并预热 5 分钟。

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