太阳能电池基本特性的测量

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太阳能电池的特性测量实验报告

太阳能电池的特性测量实验报告
姓名: 学号: 班级：指导教师：
实验日期:
三、实验原理
当光照射在距太阳能电池表面很近的PN结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的
禁带宽度，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PN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，总有一定几率的载流子扩散到结界面处。

在p区与n区交界面的两侧即结区，存在空间电荷区，也称为耗尽区。

在耗尽区中，正负电荷间形成电场，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在内电场的作用下被拉向p区。

同样，在PN结附近p区中产生的少数电子扩散到结界面处，也会被内建电场迅速拉向n区。

结区内产生的电子-空穴对在内电场的作用下分别移向n区和p区。

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PN结的内建电场方向相反的光生电场，在PN结上产生一个光生电动势，其方向由p区指向n区。

具体用公式说明：
电流为两个电流之差
称为填充因数。

P为输出功率
五、实验数据及结果
六、实验截图。

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．。

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。

物理实验(下)太阳能电池基本特性的测量

物理实验〔下〕太阳能电池根本特性的测量太阳能电池根本特性的测量The Experiment of MeasuringThe Electronic Properties of Solar Cells 摘要：这个实验旨在测量太阳能电池的一系列特性，根据太阳能电池的PN结结构，探究无光条件下太阳能电池的正向偏压伏安特性。

同时探究在固定光强下太阳能电池的负载特性。

利用光功率测定仪，定量分析太阳能电池的光照特性。

使用不同滤色片测量对应太阳能电池短路电流，从而推算其禁带宽度。

关键词：太阳能电池，伏安特性，填充因子，禁带宽度Abstract:What I did in this experiment is just to achieve an purpose of investigating into the character of solar cells, during which I measured the volt-ampere characteristics with a no-sight of light by the side of the cell and also the load character with a fixed photo intensity of it. With the help of photometer and color filters, the electric properties of the semiconductor solar cells used in different circumstances of illumination are stepping out little by little. And at the end of the game, the forbidden band width of the semiconductor materials is no more hiding. Key words: solar cells; volt-ampere characteristic; filling factor; forbidden band width一、引言太阳能电池又称硅光电池，其结构简单，不需要电源，具有重量轻、寿命长、价格廉价、使用方便等优点。

【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
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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
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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

4.5太阳能电池基本特性的测量

4.5太阳能电池基本特性的测量一、实验目的、意义和要求硅光电池又称太阳能电池，其结构简单，不需要电源，具有重量轻、寿命长、价格便宜、使用方便等优点。

它既可以用作光信号探测器（光电传感器），在光电转换、自动控制和计算机输入和输出等现代化科学技术中发挥重要作用，又能将太阳能转换成电能，如果把许多硅光电池科学的串联或并联起来，可以建成太阳能发电站，为人类更有效的利用太阳能打开新的道路。

本实验要求学生通过对太阳能电池基本特性的测量，了解和掌握它的特性和有关的测量方法，并通过它对使用日益广泛的各种光电器件有更深入全面的了解。

二、参考书籍与材料1.杨之昌，马秀芳。

物理光学实验。

上海：复旦大学出版社，1993。

2.陆廷济，费定曜，胡德敬。

物理实验。

上海：同济大学出版社，1991。

3.曹泽淳，安其霖。

国产太阳能电池参数的研究。

应用科学学报，1（3），1983。

三、实验前应回答的问题1.试述太阳能电池的工作原理。

2.假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流（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 与一个串联电阻R s 组成。

（1）画出太阳能电池受光照射下的等效电路。

（2）以R sh 、R s 、I ph （光电流）与I d （流过二极管的电流）表示，推导出上述等效电路的I~V 关系式。

（3）假设R sh =与R s =0，即两电阻都能被忽略，求出它的I~V 关系式，并证明此关系式可表达如下：∞，其中V oc 为开路电压，I sc 为短路电流，I 0、是常数。

)1ln(01+=−I I V sc oc ββ3.太阳能电池的主要结构是由一个二极管组成，在没有光的照射下，它的正向电压与电流之间的经验关系式为：，如何用实验方法加以验证？并画出实验线路图。

)1e (I I V 0−=β4.在不加偏压的情况下，如何测出太阳能电池的输出电压、输出电流与负载电阻之间的关系？画出测量电路图。

5.如何求得太阳能电池的最大输出功率？最大输出功率与它的最佳匹配电阻有什么关系？6.充填因子FF 是代表太阳能电池性质优劣的一个重要参数，它与哪些物理量有关？7.在测量太阳能电池的光照特性时，需要改变并确定入射于太阳能电池光束的光强，这可以通过什么方式实现？试写出至少两种改变入射光强的方法。

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本实验主要是通过对太阳能电池进行测试，揭示其特性，并学习太阳能电池在太阳辐射下工作的原理、性能等知识。

本实验采用初级太阳能电池实验箱，结合数字万用表进行测试，具体步骤如下：1. 实验仪器及器材准备（1）初级太阳能电池实验箱：包括太阳能电池板、电源模块、电路模块、数字万用表模块等。

（2）数字万用表：测试电信号、电压、电流等数据。

（3）太阳能模拟灯盒：用来模拟太阳能电池板的照度。

2. 实验前准备工作（1）检查实验仪器及器材是否完好。

（2）检查太阳能板表面是否有明显污垢或划痕等。

（3）安装实验仪器和器材。

3. 实验步骤（1）将太阳能电池板放置在太阳能模拟灯盒下，调节灯源距离太阳能电池板的距离为300mm。

（3）打开电源模块，按照规定测试范围及精度设置数字万用表，并调节太阳能模拟灯盒的强度，开始测试。

（4）测试电压：调整数字万用表中测量电压区间，将红表笔连接正极，黑表笔连接负极，即可测量出太阳能电池板的输出电压。

（6）测试输出功率：测量出的电压和电流数值乘积即为太阳能电池板所输出的功率。

4. 实验注意事项（1）太阳能电池板应保证表面的清洁，不受任何污染物的影响。

（2）调整数字万用表的范围及精度，防止误差过大。

（3）测量电流时应注意防止太阳能电池板过载。

（4）测试时应谨慎操作，防止对数字万用表等仪器造成损坏。

（5）实验后注意对实验仪器及器材进行正确的清理和维护。

本实验的目的是为了通过测量太阳能电池的特性，揭示其原理和性能，了解太阳能电池的应用和发展情况，为今后的学习和研究打下基础。

因此，在实验中应注意以上细节，确保实验的准确性和可重复性，并加深对太阳能电池的认识和理解，为推进可再生能源技术的发展做出贡献。

太阳能电池基本特性的测量及研究

太阳能电池基本特性的测量及研究一、实验目的：（1）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（2）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、可变电阻(量程100Ω、1.1kΩ)、直流电源、开关、电路板、导线三、实验原理：原理太阳能电池的主要结构为PN结.理想PN结的电流和电压关系由下式[2]给出Id=I0[expUenkT-1] (1)式中,I0是无光照时的反向饱和电流, U是结上的电压,e是电子电荷,k是玻尔兹曼常量,T表示热力学温度.当光照射在太阳能电池表面的PN结上时,只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度,则光子将被太阳能电池吸收而产生电子-空穴对.以恒定速率产生的电子-空穴对提供了通过结的电流.太阳能电池输出的净电流I是光生电流IPh和两极管电流Id之差,净电流I由下式给出I=IPh-Id=IPh-I0[expUenkT-1] (2)当太阳能电池的输出端短路时,即U=0,由(2)式可得到短路电流ISC=IPh;当太阳能电池的输出端开路时,即I=0,可推得开路电压UOC.正常运行时,IPh比I0高几个数量级,因此(2)式中的1可以忽略.当太阳能电池接上负载电阻后,太阳能电池的输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化,当负载电阻R=Rm时,太阳能电池的输出功率为最大,即最大功率,对应电压Um和电流Im,可知Pm=ImUm(3)填充因子是表征太阳能电池质量好坏的一个指标,将最大功率Pm和UOC与ISC之积的比值定义为填充因子FF,即FF=PmUOCISC(4)能量大于半导体材料的禁带宽度的光子可以使太阳能电池产生光电流,光电流的大小为IPh∝∫λ0λcN(λ)dλ(5)式中,N(λ)是光子数随波长分布的函数,λc 是滤色片的截止波长,λ0是能产生光电流的最大波长.当N(λ)为一常量时,有IPh ∝λ0-λc(6) 阳能电池的半导体材当在太阳能电池光照部分前安放不同截止波长的滤色片,则它产生的光电流和截止波长存在一定关系,由此可得太料的禁带宽度.四、实验内容：1、在无光照条件下测量太阳能电池正向偏压时的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。

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。

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．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

太阳能电池特性的测量实验报告一、实验目的本实验旨在研究太阳能电池的特性，包括开路电压、短路电流、最大功率点以及填充因子等参数，深入了解太阳能电池的工作原理和性能特点，为太阳能电池的应用和优化提供实验依据。

二、实验原理太阳能电池是一种基于半导体pn 结光生伏特效应的能量转换器件。

当太阳光照射到太阳能电池表面时，光子的能量被半导体吸收，产生电子空穴对。

在内建电场的作用下，电子和空穴分别向 n 区和 p 区移动，形成光生电流和光生电压。

1、开路电压（Voc）当太阳能电池处于开路状态时，即外电路电阻无穷大，此时输出的电压即为开路电压。

开路电压与半导体材料的禁带宽度、光照强度和温度等因素有关。

2、短路电流（Isc）当太阳能电池的输出端被短路，即外电路电阻为零，此时流过的电流即为短路电流。

短路电流主要取决于光照强度和电池的面积。

3、最大功率点（Pm）在不同的负载电阻下，太阳能电池的输出功率不同。

当负载电阻与太阳能电池的内阻匹配时，输出功率达到最大值，此时对应的工作点称为最大功率点。

4、填充因子（FF）填充因子是衡量太阳能电池性能的重要参数，定义为最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值，即 FF ＝ Pm ／（Voc × Isc)。

三、实验仪器与材料1、太阳能电池实验装置包括太阳能电池板、可变电阻箱、数字电压表、数字电流表、光源等。

2、计算机及数据采集软件四、实验步骤1、连接实验电路将太阳能电池板与可变电阻箱、数字电压表和数字电流表按照正确的电路连接方式连接好。

2、测量开路电压在光源关闭的情况下，将可变电阻箱调至无穷大，测量太阳能电池的开路电压 Voc，并记录数据。

3、测量短路电流在光源关闭的情况下，将可变电阻箱调至零，测量太阳能电池的短路电流 Isc，并记录数据。

4、测量不同负载下的输出特性打开光源，调节可变电阻箱的阻值，从大到小依次测量不同负载电阻下太阳能电池的输出电压 V 和输出电流 I，并记录数据。

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。

太阳能电池特性测量及应用实验

太阳能电池特性测量及应用实验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CO2、SO2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CO2已经超过500亿吨。

我国能源消费以煤为主，CO2的排放量大约占世界的25%，位居世界第一，所以减少排放CO2、SO2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。

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 /m2，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 /m2，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。

照射在地球上的太阳能非常巨大，每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年的能量消费。

可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。

而且太阳能发电干净，不产生公害。

所以太阳能发电被誉为最理想的能源。

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。

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。