太阳能电池基本特性测定试验
太阳能电池基本特性的测量
太阳能电池基本特性的测量一、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 [O C SC m ∙=。
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0T T 之间关系，画出SC I 与相对光强0T T 之间的关系图；测量开路电压OC U 和相对光强度0T T之间的关系，画出OC U 与相对光强0T T之间的关系图。
二、实验原理：1、太阳能电池工作原理：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 Uo -∙=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。
CE 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，dshph 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。
太阳能电池特性测量
4.13 太阳能电池特性测量太阳能的利用和太阳能电池特性的研究是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，已应用于许多民用领域：如太阳能汽车、太阳能路灯、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和光电转换效率。
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，测量短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子。
3．测量太阳能电池的光照特性：短路电流、开路电压与相对光强度之间的关系仪器用具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（4.13-1）。
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．太阳能电池的基本特性用光照射到半导体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内建静电场，因而产生在耗尽区中的电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开耗尽区，结果使P 区电势升高，N 区电势降低，P-N 结两端形成光生电动势，这就是P-N 结的光生伏特效应。
1．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，太阳能电池能够吸太阳光电极 N P 型射膜图4.13-1 太阳能电池板结构示意图收光的能量。
太阳能电池基本特性的测定
电阻、电 压测量
数字电流表：
实验原理
1.结构 2.光伏效应 3.表填充因子FF
I SC
Pm FF U OC I SC
实验内容
1.在全黑条件下，测 量太阳能电池正 向偏压的I-U特性。
2.不加偏压时测量太阳 能电池伏安特性（保 持光源到太阳能电池 的距离为25cm）。
太阳能电池基本特性的测定
实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 注意事项 数据处理
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及光电性质 参数； 3．学会用origin软件处理实验数据。
实验仪器
FD-OE-4型太阳能电池基本特性测定仪 万用表 数字电流表 直流稳压电源 电阻箱
太阳能电池：
直流稳压电源：
使用电压输出功能 时：
1.将电流输出旋钮 稍微向右旋转，直 到“C.V”红色指示 灯亮起。 2.缓慢调节电压输 出旋钮。 3.实验结束时，一 定要将电流、电压 调节旋钮都调回零 （最左）。
电流输出 旋钮
电压输出 旋钮
输出端 负极
输出端 正极
万用表：
直流电压 量程档
接地
注意事项
1.灯泡的温度较高，实验时应小心不要
被烫到。
2.实验过程中，都应使用遮光罩，尽量 避免外部光线的干扰。 3.测光照下太阳能电池伏安特性时，应 始终保持灯泡与电池的位置固定不变。
数据记录
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能电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。
温度与短路电流的关系是温度越高短路电流越大，但是需要注意的是这里短路电流升高的趋势要小于上面第一条中开路电压下降的趋势，也就是说温度—短路电流二者的曲线是一个斜率略微为正值的直线。
因为温度升高的时候开路电压下降很厉害，其幅度比短路电流升高的幅度要大，所以在温度升高的时候其总输出功率是下降的，因为P=UI，U下降的厉害，而I上升的幅度很小。
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。
太阳能电池基本特性的测量
太阳能电池基本特性的测量***，物理学系摘要：本实验旨在测量、验证太阳能电池的一系列物理特性。
测量无光照条件下太阳能电池在正向偏压条件系下的伏安特性，推导并拟合了其特性曲线及发射系数，并试图用太阳能电池的理论模型来解释其伏安特性的分段性质。
同时笔者还解释了在固定光强下太阳能电池的负载特性，推算出了1000lux下的填充因子。
并且利用光功率测定仪，定量分析太阳能电池的光照特性。
最后，使用不同滤色片滤光并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发射系数填充因子禁带宽度Measurement of the basic characteristics of solar cellsYixiong Ke, Department of PhysicsAbstarct：This experiment is aimed to verify the basic characteristics of solar cells. The author have measured the voltage characteristic of the solar cell without any illumination. Based on these data, the author also have calculated the emission coefficient, and tried to explain the same physics nature under the different quality in divided section. In addition, the load characteristic and the filling factor of the solar cell, under fixed light intensity, has also been measured. Similarly, by measuring the electric properties with color filters and photometers, the forbidden band width of the solar cell has been calculated as well.Key words: solar cells voltage characteristic emission coefficient filling factor forbidden band width一、引言太阳能电池又称硅光电池，其结构简单，具有重量轻、寿命长、价格便宜、使用方便等诸多优点。
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。
物理实验(下)太阳能电池基本特性的测量
太阳能电池基本特性的测量The Experiment of Measuring The Electronic Properties of SolarCells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、价格便宜、使用方便等优点。
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。
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。
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内建静电场，因而产生在耗尽区中的电子和空穴，在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离开耗尽区，结果使P 区电势升高，N 区电势降低，P-N 结两端形成光生电动势，这就是P-N 结的光生伏特效应。
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。
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。
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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
p-n 区，接通电路后就形成电流。
这就是光伏效应太阳能电池的工作原理。
区流向n电子由p U I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在没有光照时, qU????1eI?I?nKT (1) ??0??nI qK为电
子的电荷。
是玻尔兹曼常量是二极管的反向饱和电流,,是理想二极管参数,理论值为其中10q T为热力学温度。
（可令）量,??nKT EEE?为半导体导由半导体理论知的半导体所构成。
,二极管主要是由如图所示的能隙为CCV E空穴对。
- 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，电带，并产生电子V-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。
电子
光伏效应示意图1 图
IPU, 和填充因子太阳能电池的基本技术参数除短路电流还有最大输出功率和开路电压外SCaxOCm IU P FFFF也就是的最大值。
填充因子定义为。
最大输出功率axm P?FF max
(2)
UI OCSC FFFF,说明太阳能电池对光的利用率越高。
是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。
值越大
供参考．
】【实验内容及步骤V.0U?0?3I特性（直流偏压从（全黑）的条件下，测量单晶硅太阳能电池正向偏压时的）1.在没有光源 1）连接电路图。
（
UI?2 特性测量电路图q UI?U?I I关系数据，画出和的值。
（2）利用测得的正向偏压时曲线并求出常数??0nKT在不加偏压时，用白色光照射，测量多晶硅太阳能电池一些特性。
注意此时光源到太阳能电池距离保2.cm20持为）连接电路图。
（1
恒定光源太阳能电池特性实验图3
UI?U I曲线图。
（2）测量电池在不同负载电阻下，变化关系，画出对IU）求短路电流和开路电压。
（3SCOC）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。
（4P?FF max）计算填充因子（5UI OCSC3.测量太阳能电池的光电效应与电光性质
L，测量太阳能电池接受到不同光照改变太阳能电池到光源的距离，用光照度计测量该处的光照度IU L的值。
度时，相应的和SCOC（1）设计测量电路图，并连接。
供参考．
IU L和）测量太阳能电池接受到不同光照度的值。
时相应的2（SCOC II LL和与光照度与光照度之间的关系曲线，求之间的近似关系函数。
（3）描绘SCSC UU LL和与光照度与光照度之间的关系曲线，求（4）描绘之间的近似关系函数。
OCOC
】【数据记录及处理
1．全暗情况下（太阳能电池板倒扣在黑橡胶桌面上）太阳能电池在外加偏压时伏安特性测量：1。
连接电路如图2，结果填入表
I?U?I的值和特性曲线，并求出常数用坐标纸画出太阳能电池正向偏压时的0
I(mA)
U(V)
2.在不加偏压时，把太阳能电池板倒扣在投影仪玻璃面上，紧贴投影仪玻璃面，测量不同负载时太阳能IU,计算最大输出电池的输出电流与太阳能电池的输出电压的关系。
并测量短路电流和开路电压SCOC P FF。
连接电路如图3，结果填入表2和填充因子功率。
axm供参考．
不同负载时太阳能电池的输出电流与太阳能电池的输出电压的关系表2
R100 95 85 90 80 60 (Ω) 55 65 70 75
U (v)
I (mA)
P(mW)
IU=
= SCOC
PFF=
= axm
画出R-P曲线图，求出Pmax和对应的太阳能电池r.
P(mW)
R( )
供参考．
IU L和与光照度的关系。
3.测量多晶硅太阳能电池板SCOC IU L与光照度和表3 太阳能电池板的的关系SCOC L（照度计紧贴投影仪玻璃面）= (lux) O
I（mA）SC
L(lux)
U（）V OC
L(lux)
. 曲线图曲线图及L-Isc画出L-Uoc
供参考．
4. 把多晶硅太阳能电池板换成单晶硅太阳能电池板，重复3。
【实验报告要求】
1.写明本实验的目的、意义。
阐明本实验的基本原理。
2.记下实验所用仪器和装置。
3.
记录实验的全过程，包括实验步骤，各种实验现象和数据处理等。
4.
对实验结果进行分析、研究和讨论。
5.
本实验的总结、收获、体会，也可提出自己新的设想。
6.对教学工作的意见和建议。
7.
【注意事项】
1. 连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。
2. 连接电路时，保持电源开关断开。
3. 打开白帜灯光源时间尽量要短，注意随时关掉。
【思考题】
1.太阳能电池是由什么材料做成的？它的工作原理？
何谓短路电流？何谓开路电压？何谓填充因子？如何计算太阳能电池的填充因子？ 2.
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？ 3.
充填因子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？ 4.太阳能电池的光照特性，即开路电压和短路电流 5.与入射于太阳能电池的光强符合什么函数关系？
供参考．。