实验6.24 太阳能电池特性测试

• 势垒电场会使载流子 向扩散的反方向作漂 移运动，最终扩散与 漂移达到平衡，使流 过P-N结的净电流为零。 • 在空间电荷区，P区 的空穴被来自N区的电 子复合，N区的电子被 来自P区的空穴复合， 使该区内几乎没有能 导电的载流子，又称 为结区或耗尽区。
光伏效应
当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子——
实验目的
1．了解太阳能电池的原理 2．测量太阳能电池的伏安特性曲线 3．绘制太阳能电池输出功率随输出电压的变化曲线 4．测量太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输
出功率，填充因子等特性参数
实验原理
1．太阳能原理

太阳能电池就是通过半导体的内光电效应直接 把光能转化成电能的装置。目前太阳能电池应用 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。
压Um、最大工作电流Im，计算填充因子FF。（可用EXCEL）
接线：①将电流测量端口与可变负载串联后接入太阳能电池的输出端，
②将电压表并联到太阳能电池两端。
负载电阻 输出电压U (V) 输出电流I (mA) 功率P=U×I(mW)
R ∞ 999.9 899.9 799.9 699.9 599.9 499.9 399.9 299.9 199.9
U UOC
I
99.9 89.9 79.9 69.9 59.9 49.9 39.9 29.9 19.9
U
I
R
9.9 8.9 7.9 6.9 5.9 4.9 3.9 2.9 1.9
U
I
R 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
U
I
ISC
注意事项
光源正对太阳能电池板，电池板和配套光源在工作时
硅电池来说，开路电压的典型值为0.5～0.6V。
将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这
个电流称为短路电流Isc。
Uoc代表开路电压，Isc代表短路电流， 图中紫色线围出的面积为太阳能电池 的输出功率。与最大功率Pm对应的 电压称为最大工作电压Um，对应的 电流称为最大工作电流Im 。
空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N区
和P区，使N区有过量的电子而带负电，P区有过量的空穴而 带正电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生 伏特效应，简称光伏效应。这个电动势与光照强度有关。将 P-N结两端接入外电路，就可向负载输出电能。
将P-N结两端开路，可以测得这个电动免被烫伤,。 绝不允许用水打湿太阳能电池板和配套光源，以免触 电和损坏该部件。 配套“可变负载”所能承受的最大功率是1W，只能使 用于该实验系统中。 电流表的输入电流不得超过2A，否则将烧毁电流表。 电压表的最高输入电压不得超过25V，否则将烧毁电 压表。 数据测量结束，尽快关闭光源
太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N结， P-N结受光照射时产生光伏效应而发电
N型半导体
P型半导体
在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的 位置，就形成了N型半导体。掺入三价元素（如硼），就形成了P型半
导体。
• P型半导体中有相当 数量的空穴。N型半导 体中有相当数量的自 由电子。 • 当两种半导体结合 在一起形成P-N结时， N区的电子向P区扩散， P区的空穴向N区扩散， 在P-N结附近形成空间 电荷区与势垒电场。
影响光电流的因素：
1.通过光照在界面层产生的电子-空穴对愈多，电流愈
大。
2.界面层吸收的光能愈多，界面层即电池面积愈大， 在太阳电池中形成的电流也愈大。 3.太阳能电池的N区、耗尽区和P区均能产生光生载流 子； 4.各区中的光生载流子必须在复合之前越过耗尽区， 才能对光电流有贡献。

填充因子FF定义为：
UmIm FF= U OC I SC
它是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要 参数，它的值越高，表明太阳能电池的光电转换效 率越高。
实验仪器
实验内容与要求
改变太阳能电池负载电阻的大小，测量输出电压、电流值，并计算
输出功率。
画出太阳能电池伏安特性曲线及输出功率随电压的变化曲线。 测出开路电压Uoc、短路电流Isc、最大输出功率Pm、最大工作电