太阳能电池伏安特性研究.
太阳能电池伏安特性研究物理实验报告
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2．ＰＮ结的单向导电性
（1）外加正向电压（正偏）
在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。
结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。
（2）外加反向电压（反偏）
在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。
漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。
因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流。
当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。
2．光伏效应
指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
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。
太阳电池可用pn结二极管D、恒流源I ph、太阳电池的电极等引起的串联电阻R s和相当于pn结泄漏电流的并联电阻R sh组成的电路来表示,如下图所示，该电路为太阳电池的等效电路。
R s
I ph
D
R sh
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请在两周内完成，交教师批阅
附件：（实验曲线请附在本页）。
实验17太阳能电池伏安特性的测量
实验 17太阳能电池伏安特性的测量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半导体器件。
它是太阳能发电系统的心脏。
它具有不消耗常规能源、寿命长、维护简单、使用方便、无噪音、无污染等优点。
太阳能电池已作为空间探索的基本电源和地面无电、少电地区及某些特殊领域（通信设备，气象台站，航标灯的重要电源。
目前，太阳电池已广泛用于收音机、计算机、交通信号等方面。
在发达国家太阳能光伏发电已进入城市电网。
太阳能光伏发电有望成为21世纪的重要能源，在世界能源构成中占有一定的地位。
实验目的1.了解太阳能电池的工作原理及基本结构。
2.测量太阳能电池的伏安特性曲线。
实验原理1.太阳能电池的结构硅光电池按衬底材料的不同可分为2DR 和 2CR 型。
图 1 为 2DR 型结构示意图。
它是以 P 型硅为衬底（厚约 500μ m），在其上面用扩散法制作一层厚约0.3μ m 的 N 型层，并将它作为受光面。
在N 型层上制作金属栅线，作为输出电极，目的是减小光电池的内阻。
在整个背面制作金属膜背电极。
在光敏面上涂一层极薄的二氧化硅透明膜，它既可以起到防潮，防尘等保护作用，又可以减小硅光电池表面对入射光的反射，增强对入射光的吸收。
2CR 型电池图 1硅太阳能电池结构示意图则是以 N 型硅为衬底制作的。
2.PN 结的内建电场在 P 型（或 N 型）半导体衬底上，用扩散方法形成一层 N 型(或 P 型）层。
在 P区（空穴导电）和 N 区（电子导电）交界处，由于两边电子和空穴浓度不同，P 区的空穴向 N 区扩散， N 区的电子向 P 区扩散。
于是，在P 区形成负电层， N 区形成正电层，如图 2 所示。
这两个带电层形成图 2 载流子扩散形成内电场一个内电场，它反过来又阻挡上述扩散，直到扩散作用与阻挡作用达到一种动态平衡。
一般所说PN 结就是指这层阻挡层。
如果在 PN 结两端外加正向电压（P 区接正， N 区接负），如图 3（ a）所示。
太阳能电池特性实验仪实验报告(综合)
太阳能电池特性研究实验数据记录报告
表1 三种太阳能电池的暗伏安特性测量
以电压作横坐标，电流作纵坐标，根据表1画出三种太阳能电池的伏安特性曲线。
实验结论：
表2 三种太阳能电池开路电压与短路电流随光强变化关系
根据表2数据，画出三种太阳能电池的短路电流随光强变化的关系曲线。
实验结论：
指导教师：（签字）
2014年月日
表3 三种太阳能电池输出特性实验 D=20cm 光强I= W/m2S=2.5×10-3m2Pin=I×S= mW
根据表3数据作3种太阳能电池的输出伏安特性曲线及功率曲线。
找出最大功率点，对应的电阻值即为最佳匹配负载。
根据表3数据和图4可以得出三种太阳能电池的最佳匹配负载分别为：
单晶硅：Ω，多晶硅：Ω，非晶硅：Ω
根据表3中数据计算三种太阳能电池的填充因子：
表4 三种太阳能电池的填充因子
计算转换效率：
表5 三种太阳能电池的转换效率表
实验结论：。
指导教师：（签字） 2014年月日。
太阳能电池的暗伏安特性与光谱特性实验
四、太阳能光伏电池暗伏安特性与光谱特性实验1.实验目的1.了解太阳能光伏电池暗伏安特性2.了解太阳能光伏电池光谱特性3.掌握太阳能光伏电池的暗伏安特性曲线绘制2.实验原理（1）光伏电池暗伏安特性光伏电池暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。
太阳能电池的基本结构是一个大面积平面P-N结，单个太阳能电池单元的P-N结面积已远大于普通的二极管。
在实际应用中，为得到所需的输出电流，通常将若干电池单元并联。
为得到所需输出电压，通常将若干已并联的电池组串连。
因此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组成组件时的串并连关系。
（2）光伏电池光谱特性太阳能电池的光谱特性是指太阳能电池随能量相同但波长不同的入射光而变化的关系。
在太阳能电池中只有那些能量大于其材料禁带宽度的光子才能在被吸收时在光伏材料中产生电子空穴对，而那些能量小于禁带宽度的光子即使被吸收也不能产生电子空穴对（它们只能是使光伏材料变热）。
光伏材料对光的吸收存在一个截止波长。
理论分析表明，对太阳光而言，能得到最佳工作性能的光伏材料应有1.5电子伏的禁带宽度，当禁带宽度增加时，被光伏材料吸收的总太阳能就会越来越少。
每种太阳能电池对太阳光都有自己的光谱响应曲线，它表明太阳能电池对不同波长光的灵敏度（光电转换能力）。
当日光照到太阳能电池上时，某一种波长的光和该波长的太阳能电池光谱灵敏度，决定该波长的光电流值，而总的光电流值是各个波长光电流值的总和。
3.实验内容与步骤（1）光伏电池暗伏安特性曲线绘制1）关闭模拟光源，将挡光板遮住电池组件A，调节直流恒压源电压到零点，用实验导线连结如图2-1所示电路，调节电阻箱的电阻至50欧姆（限流），旋转恒压源电压旋钮，间隔0.5V左右，记录一次电压、电流值。
图2-1光伏电池暗伏安特性正向测量电路2）将直流恒压源电压调到零，调换电池组件A的正负极，再间隔0.5V左右，记录电压、电流值。
太阳能电池伏安特性研究实验报告
太阳能电池伏安特性研究实验报告太阳能电池伏安特性研究实验报告一、引言太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的装置，其工作原理基于光电效应。
随着全球对可再生能源的需求不断增加，太阳能电池作为一种环保、可再生的能源技术备受关注。
本实验旨在研究太阳能电池的伏安特性，以了解其工作原理和性能。
二、实验方法1. 实验仪器和材料本实验使用的仪器和材料包括太阳能电池板、直流电源、电压表、电流表和电阻箱等。
2. 实验步骤（1）将太阳能电池板与直流电源连接，调节电压为一定值。
（2）通过电压表和电流表测量太阳能电池板的电压和电流。
（3）改变直流电源的电压，重复步骤（2），记录数据。
（4）根据测量的电压和电流数据绘制伏安特性曲线。
三、实验结果与讨论通过实验测量得到的伏安特性曲线如下图所示：[插入伏安特性曲线图]从伏安特性曲线中可以观察到以下几点：1. 开路电压（Voc）：在伏安特性曲线上，当电流为零时对应的电压即为开路电压。
实验结果显示，太阳能电池板的开路电压约为0.6V。
2. 短路电流（Isc）：在伏安特性曲线上，当电压为零时对应的电流即为短路电流。
实验结果显示，太阳能电池板的短路电流约为3A。
3. 峰值功率点：伏安特性曲线上的峰值功率点是太阳能电池的最佳工作点，对应的电压和电流分别为Vm和Im。
实验结果显示，太阳能电池板的峰值功率点约为2W。
通过对伏安特性曲线的分析，可以得出以下结论：1. 太阳能电池板的输出功率与其电压和电流的乘积有关，即P = V * I。
为了获得最大的输出功率，需要在峰值功率点（Vm，Im）工作。
2. 开路电压和短路电流是太阳能电池板的基本特性参数，可以用来评估其性能。
3. 太阳能电池板的伏安特性曲线可以用来描述其输出功率随电压和电流变化的关系，为优化太阳能电池的设计和使用提供了依据。
四、结论本实验通过测量太阳能电池板的伏安特性曲线，研究了其基本特性和工作原理。
实验结果显示，太阳能电池板的开路电压约为0.6V，短路电流约为3A，峰值功率点约为2W。
太阳能电池的暗伏安特性与光谱特性实验
四、太阳能光伏电池暗伏安特性与光谱特性实验1.实验目的1.了解太阳能光伏电池暗伏安特性2.了解太阳能光伏电池光谱特性3.掌握太阳能光伏电池的暗伏安特性曲线绘制2.实验原理（1）光伏电池暗伏安特性光伏电池暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。
太阳能电池的基本结构是一个大面积平面P-N结，单个太阳能电池单元的P-N结面积已远大于普通的二极管。
在实际应用中，为得到所需的输出电流，通常将若干电池单元并联。
为得到所需输出电压，通常将若干已并联的电池组串连。
因此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组成组件时的串并连关系。
（2）光伏电池光谱特性太阳能电池的光谱特性是指太阳能电池随能量相同但波长不同的入射光而变化的关系。
在太阳能电池中只有那些能量大于其材料禁带宽度的光子才能在被吸收时在光伏材料中产生电子空穴对，而那些能量小于禁带宽度的光子即使被吸收也不能产生电子空穴对（它们只能是使光伏材料变热）。
光伏材料对光的吸收存在一个截止波长。
理论分析表明，对太阳光而言，能得到最佳工作性能的光伏材料应有1.5电子伏的禁带宽度，当禁带宽度增加时，被光伏材料吸收的总太阳能就会越来越少。
每种太阳能电池对太阳光都有自己的光谱响应曲线，它表明太阳能电池对不同波长光的灵敏度（光电转换能力）。
当日光照到太阳能电池上时，某一种波长的光和该波长的太阳能电池光谱灵敏度，决定该波长的光电流值，而总的光电流值是各个波长光电流值的总和。
3.实验内容与步骤（1）光伏电池暗伏安特性曲线绘制1）关闭模拟光源，将挡光板遮住电池组件A，调节直流恒压源电压到零点，用实验导线连结如图2-1所示电路，调节电阻箱的电阻至50欧姆（限流），旋转恒压源电压旋钮，间隔0.5V左右，记录一次电压、电流值。
图2-1光伏电池暗伏安特性正向测量电路2）将直流恒压源电压调到零，调换电池组件A的正负极，再间隔0.5V左右，记录电压、电流值。
太阳能电池伏安特性
太阳能灯具
太阳能灯具是利用太阳能电池将 光能转换为电能，为照明设备提
供电力的系统。
太阳能灯具具有环保、节能、安 全、方便等优点，广泛应用于城 市道路、公园、庭院等公共场所
的照明。
太阳能灯具的性能与太阳能电池 的伏安特性密切相关，需要选择 合适的太阳能电池板和控制器以
保证照明的稳定性和效果。
06
结论
短路电流是指在电路短路时，流过太阳能电池板的电流大小。它是评估太阳能电池板光能转换效率的 重要参数，反映了电池板在最佳工作状态下的性能。在一定光照条件下，短路电流越大，表示电池板 的光电转换效率越高。
最大功率点
要点一
总结词
最大功率点是指在特定光照条件下，太阳能电池板输出功 率最大的点。
要点二
详细描述
伏安特性曲线的绘制方法
测量方法
在太阳能电池表面施加不同的光 照强度，测量对应的电流和电压 值，并记录数据。
数据处理
将测量数据绘制成散点图，并使 用曲线拟合软件进行拟合，得到 伏安特性曲线。
伏安特性曲线的影响因素
01
光照强度
随着光照强度的增加，太阳能电池的短路电流和开路电压均有所提高，
但最大功率点基本保持不变。
太阳能热水器是利用太阳能光热转换 原理，将太阳辐射能转化为热能，为 家庭或商业设施提供热水和供暖的系 统。
太阳能热水器的性能与太阳能电池的 伏安特性密切相关，需要选择合适的 太阳能电池板和控制器以保证系统的 稳定性和效率。
太阳能热水器具有环保、节能、安全、 经济等优点，是当前绿色建筑和可再 生能源利用的重要方向之一。
太阳能电池的应用
光伏发电系统
光伏发电系统是利用太阳能电池将光能转换为直流电的系统，广泛应用于分布式发 电、离网发电和并网发电等领域。
太阳能电池伏安特性研究
50 12.7 0.62 7.87 4
160 12.1 1.93 23.3 53
900 2.9 2.54 7.36 6
60 12.6 0.75 9.45 0
170 11.9 2.01 23.9 19
1000 2.6 2.55 6.63 0
70 12.6 0.88 11.0 55
180 11.6 2.07 24.0 12
130 12.3 1.59 19.5 57
600 4.2 2.51 10.5 42
30 12.7 0.37 4.69 9
140 12.3 1.71 21.0 33
700 3.7 2.53 9.36 1
40 12.7 0.50 6.35 0
150 12.3 1.83 22.5 09
800 3.2 2.54 8.12 8
ZKY-SAC-I-S3 ZKY-SAC-I-S4 ZKY-SAC-I-S5
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实验原理（注意：原理图、测试公式） 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
Pin
实验内容及步骤 光电池伏安特性测试 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 30cm. A、画出测量路线图。 B、测量电池在不同负载电阻下，I 对 U 变化关系，画出 I-U 曲 线图（U 为横轴，I 为纵轴）。P 对 R 的曲线图（R 为横轴，P 为 纵轴） ，并以此确定太阳能电池的最大输出功率及最大输出功 率时的负载电阻。 C、开路电压 和短路电流 。 D、求最大输出功率及最大输出功率时的负载电阻。 E、计算填充因子 光电池的短路电流：负载电阻为 0 欧姆的电流近似短路电流。 开路电压：电阻较大时的电压。 填充因子：FF 为太阳能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。 F、太阳电池的转换效率。
单晶硅太阳能电池伏安特性研究
第 33 卷 第 5 期2020年10月Vol.33 No.5Oct.2020大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE文章编号：1007-2934 (2020 )05-0071 -03单晶硅太阳能电池伏安特性研究安盼龙赵瑞娟睢 坚2(1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000；2•中北大学理学院，山西太原030051)摘 要：针对太阳能电池教学过程中存在原理不清、参数不明等问题,从光电转化原理出发，对单 晶硅电池的暗伏安特性、填充因子、光电转化效率进行系统分析。
通过作图及计算标定了单晶硅太阳能电池相关参数。
为太阳能实验的教学提供相应理论和实验指导。
关键词：单晶硅;太阳能电池;伏安特性中图分类号：O433；TP 212.1文献标志码：A DOI ： 10.14139/22-1228.2020.05.016太阳是自然界用之不竭的巨大能源，太阳能作为新型能源的重要的组成部分，具有寿命长、效率高、性能可靠、成本低、无污染的优点,已经成为当代研究的重要课题。
太阳与地球的平均距离约为1.5亿公里。
在大气圈以外，太阳辐射的功率密度为1.353 kW/m 2。
在正午海平面垂直入射 时，太阳辐射的功率密度约为1.0 kW/m 2,通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。
可以看出，太阳光辐射的能量非常巨大,每年到达地球的辐射能相当于4.9X104亿吨标准煤的燃烧能。
未来太阳能发电成本上可与传统电源相竞争，更具光明前景［1，2］。
半导体太阳能电池是直接把太阳能转化为电 能的器件。
根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅、化合物、聚合物、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且在应用中 居主导地位。
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 24.7%,规模生产时的效率可达到15%［3,4］。
1实验原理太阳能电池利用半导体两块掺杂不同材料形 成的P-N 结受光照射时形成的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构为一个大面积平面P-N 结,图1为P-N 结示意图。
太阳能电池伏安特性研究实验报告
太阳能电池伏安特性研究实验报告太阳能电池伏安特性研究实验报告引言：太阳能电池作为一种可再生能源的重要组成部分，其伏安特性的研究对于提高太阳能电池的效率和稳定性具有重要意义。
本实验旨在通过对太阳能电池的伏安特性进行研究，探索太阳能电池的工作原理和性能特点。
实验方法：1. 实验器材准备：本实验使用的太阳能电池为多晶硅太阳能电池，实验器材包括电流表、电压表、可变电阻器、直流电源等。
2. 实验步骤：（1）将太阳能电池与电流表、电压表、可变电阻器和直流电源连接，组成电路。
（2）通过调节可变电阻器的电阻值，改变电路中的电阻大小，记录不同电阻下的电流和电压值。
（3）根据记录的电流和电压值，绘制太阳能电池的伏安特性曲线。
实验结果与分析：通过实验记录的数据，我们绘制了太阳能电池的伏安特性曲线。
在伏安特性曲线中，横轴表示电压，纵轴表示电流。
曲线的特点如下：1. 开路电压（Voc）：伏安特性曲线的横轴上的点表示太阳能电池的开路电压，即在没有负载电阻的情况下，太阳能电池的输出电压。
通过实验测量，我们得到了太阳能电池的开路电压为XV。
2. 短路电流（Isc）：伏安特性曲线的纵轴上的点表示太阳能电池的短路电流，即在短路状态下，太阳能电池的输出电流。
通过实验测量，我们得到了太阳能电池的短路电流为XI。
3. 最大功率点（Pmax）：伏安特性曲线上的最高点表示太阳能电池的最大功率点，即太阳能电池在最佳工作状态下的输出功率。
通过实验测量，我们得到了太阳能电池的最大功率为XP。
通过分析伏安特性曲线，我们可以得出以下结论：1. 太阳能电池的输出电流随着负载电阻的增加而逐渐减小，而输出电压则随之增加。
这是因为负载电阻的增加导致电流通过的路径变长，从而增加了电阻，降低了电流。
2. 在太阳能电池的伏安特性曲线中，最大功率点位于曲线的拐点处。
在最大功率点处，太阳能电池的输出功率最大，这也是太阳能电池的最佳工作状态。
3. 太阳能电池的伏安特性曲线受到光照强度和温度等因素的影响。
太阳能电池伏安特性曲线的拟合方法研究
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第22期·21·文章编号：2095－6835（2020）22－0021－03太阳能电池伏安特性曲线的拟合方法研究＊顾锦华1，王皓宁2，龙浩2，钟志有2，陈首部2（1.中南民族大学实验教学与实验室管理中心，湖北武汉430074；2.中南民族大学电子信息工程学院，湖北武汉430074）摘要：基于太阳能电池的测试数据，采用单指数函数法、双指数函数法和傅里叶级数法分别对电池的伏安特性曲线进行最小二乘法拟合，通过误差分析研究了不同方法对伏安曲线拟合精度的影响。
结果表明，傅里叶级数法的平均相对误差和最大相对误差均明显低于指数函数法，在整个拟合范围内具有非常高的精度。
关键词：太阳能电池；伏安特性；模型；拟合精度中图分类号：TM914文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.22.008作为一种可再生的环保友好型电源，太阳能电池自从问世以来一直受到各国政府的高度重视[1-4]。
为了进一步提高太阳能电池的光伏性能、更快地拓展太阳能的应用市场，人们对其进行了全面而系统的研究，有力地推动了太阳能电池的迅速发展[5-7]。
由于太阳能电池的伏安特性关系是分析光伏系统的一项重要技术数据，同时也是研究电池性能指标及其模型参数的基础，因此准确确定太阳能电池的伏安特性曲线对于其性能研究及其优化具有非常重要的意义。
MATLAB 是美国MathWorks 公司推出的、当前普遍使用的一款科学计算软件，它不仅具有简单易学、运算效率高等优点，而且还具有非常强大的数值计算能力和可视化功能[8-13]，因此被广泛应用于器件建模、图像处理、数值仿真、模拟计算、量化分析等科研和教学领域[14-23]。
本文将基于测试的太阳能电池实验数据，利用MATLAB 编程进行最小二乘法拟合，对比研究了不同方法对伏安特性曲线拟合效果的影响。
太阳能电池特性研究_实验报告参考
E I I圏&全暗吋太阳能电池在外加偏压吋的伏安特性测量电路之二四、实验步骤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I ~ U特性，用实验测得的正向偏压时I ~ U关系数据，画出I ~ U曲线并求得常数1和I。
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20cm。
(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，|对U变化关系，画出I ~ U曲线图。
(3)用外推法求短路电流| sc和开路电压U oc。
(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［FF =P m/(l sc ・U°c)］。
五、实验数据和数据处理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I ~ U特性。
表1图-(b)全暗情况下太阳能电池外加偏压时的伏安特性半对数曲线二V ,丨0二mA，相关系数0.9996，电流与电压的指数关系得到验证。
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。
图9恒定光强无偏压时太阳能电池输出功率与负载电阻关系曲线太阳能电池的最大输出功率P m 二 ，最大输出功率时负载电阻 R L二1. 2I (inA)3在恒定光照下太阳能电池不加偏压时的伏安特性曲线填充因子[FF 二P m/(l sc ・U°c)]= = 。
六.实验结果- V ' , I o = mA,短路电流l sc= ,开路电压U OC=。
填充因子[FF =P m/(l sc ・U°c)]=七.分析讨论(实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等)八.思考题实验报告内容：一.实验目的二.实验仪器（仪器名称、型号、参数、编号）和公式、原理图）四.实验步骤五、实验数据和数据处理六.实验结果七.源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等）八.思考题三.实验原理（原理文字叙述分析讨论（实验结果的误差来欢迎您的下载，资料仅供参考!致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习资料等等打造全网一站式需求。
太阳能电池的伏安特性研究实验报告
太阳能电池的伏安特性研究实验报告以下是太阳能电池的伏安特性研究实验报告参考，供您参考。
一、实验目的本实验的目的是研究太阳能电池的伏安特性和光伏效应，探究太阳能电池的工作原理，并通过实验数据分析和实验结果验证理论模型的准确性。
二、实验原理太阳能电池是一种利用光电效应将太阳光转换成电能的装置。
在光伏效应中，太阳能电池将光能转化为电能，电池的电流和电压与光照强度和电池温度有关。
光伏效应产生的电能是由光子将电子从半导体的导带带到价带来产生的，这个过程中向外释放出电子，从而产生电流，如果将这些电子围捕起来，就能产生实际的电流。
太阳能电池的伏安特性是指光照不变时，太阳能电池输出电流与电压之间的关系。
实验过程中，我们需要利用一定的电路将太阳能电池直接连接到多用表上，研究得到太阳能电池的伏安特性波形和数据，明确太阳能电池的性能指标，为使用太阳能电池提供参考。
三、实验步骤1、将太阳能电池放置在日光下，将电池的阳极和阴极与多用表的电极接触。
2、调节多用表的量程，记录下此时太阳能电池的开路电压和短路电流。
3、改变光照强度，调节多用表的量程，记录下太阳能电池不同光照强度下的开路电压和短路电流。
4、记录实验数据并绘制出太阳能电池的伏安特性曲线。
四、实验结果根据实验数据和计算，我们得到太阳能电池的伏安特性曲线如下：（插入图片）五、实验结论通过实验可得知，太阳能电池的输出电压与电流之间存在明显的非线性关系，即太阳能电池的伏安特性曲线呈现出一个充满了峰谷的曲线，同时太阳光照强度对太阳能电池的输出电压和电流都产生了影响。
太阳能电池的输出电压随光照强度的增大而增大，输出电流随光照强度的增大而增大。
这些结果表明太阳能电池是一种可靠的能源转换器，其性能指标与使用环境和光照强度密切相关，对人类现代化生活和环境保护有着重要的意义。
太阳能电池伏安特性曲线实验报告
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： ********* 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。
太阳能光伏组件伏安特性实验研究
性， 具有 储量 的“ 限性 ” 为常规 能源缺 乏 的 国家 和 无 ， 地 区解 决能 源 问题 提供 了美 好 前景 ． 目前 的技术 在 发展水 平下 ， 阳能利 用不 仅可 能而且 可行 ［ ． 太 １ ］ 上世纪 ５ Ｏ年代 的第一 块 实 用硅 太 阳电池 的问
世 ， 开 了 光 电技 术 的 序 幕 ， 揭 开 了 人 类 利 用 太 阳 揭 也
输 出 电 流 不 断 增 大 ， 压 在 一 定 范 围 内是 保 持 不 变 电
０ ２ 与厂 家提供 的数据 一致 ． ． ５Ａ，
图 １ａ （ ）测 试 了 １ ０片 ５Ｗ 的 太 阳 能 电 池 组 件
的伏 安特 性 ， 电流很小 的开路情 况 下 ， 出电压 为 在 输 ２ 在输 出 电流 为 ２ ４ Ａ 时 ， 出 电压 呈 直 线 下 ０Ｖ， ． 输 降到 零． 测试 反映 了 实验 用 太 阳能 组 件 具 有 优 异 的
阳能 电池组 件伏 安特 性 曲线．
６片 ５Ｗ 的 太 阳 能 组 件 串 联 的 电压 电 流 特 性
关 系如 图 ２所示 ， 分 析 特 性 曲 线 与理 论 值 基 本 接 经 近， 总体 伏安 特性 走 势与理 论 也相一 致 ． 随着 电压 的
减小 ， 同规 格 的太 阳能 电 池 组 合 中 的 电流 都 是 增 不 大 到一 定程 度后 ， 本 保 持 不 变． 基 随着 电流 的 增 大 ，
性 能．
研 究 发现 在 光 照 强度 与 温 度一 定 的情 况 下 ， 太 阳能 电池 的饱 和 电 流 与其 半 导 体 材 料 的性 质 有 关 ，
因此 研究 不 同 的半 导体 材 料 的 太 阳能 电池 ， 高 饱 提 和 电流值 ， 能够 提高 太 阳能 电池 匹 配负载 的 能力 ， 是 从 而提 高光伏 板 的太 阳能转 化率 ．
太阳能电池伏安特性
Pm JmVm
2）填充因子 FF Pm JmVm JscVoc JscVoc
3）光电转换效率
（ %） P PimnJP mV inm，Pin表示入射到太 上阳 的能 辐
材料的禁带宽度直接影响到光能转换为电能的效率，理想 的情况是用Eg值介于1.2~1.6eV的材料制作成太阳能电池， GaAs和CdTe是带隙较为理想的材料
实际太阳能电池的等效电路
对于实际的太阳能电池器件，太阳能电池各层材料、 前表面和背表面电极接触及引线接触等都会引入了 附加电阻，在等效电路中，可将其总效果用串联电 阻Rs来表示。 此外，由于电池边沿的漏电和制作金属化电极时， 在电池的微裂纹、划痕等处形成的金属桥漏电等， 使一部分本应通过负载的电流短路，这种影响可用 并联电阻Rsh来等效。
p结 n 两端的电电 压 V 压 o即 ， c Vo为 ckB q开 Tln1 路 (JJs0c) 3）外接负载，正常工作状态
理想太阳能电池伏安特性曲线
太阳能电池电流与太阳能电池面积S密切相关，即I=J·S
通常用电J流 (m密 A /cm 度 2)取代电 I 流
最佳工作点(最大输出功率）
描述太阳能电池的重要参数
太阳能电池伏安特性测试原理：选取合适的太阳模拟器（模拟 光源）作为测试电池的光源。选取阻值可变的负载电阻，通过 改变负载R的阻值，同时用两个独立的测试线路分别测量光照条 件下太阳能电池的输出电压V和输出电流I，得到太阳能电池的IV特性曲线，从曲线上可以得到太阳能电池的开路电压、短路电 流、填充因子和转换效率等特征参数。 1）要求参考电池和待测电池由同种半导体材料组成，具有相似 的结构和生产工艺 2）要求模拟光源的光谱成分接近标准光源的光谱成分，模拟光 源必须能在测试平面上射出强度均匀的平行光束，在测试过程中 稳定
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图（2）内电场形成
ＰＮ结的单向导电性
2．ＰＮ结的单向导电性
（1） 外加正向电压 （正偏） 在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄， 内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要 作用。结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由 电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电 流。 （2） 外加反向电压 （反偏） 在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽， 内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要 作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。 因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流 。 当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化， 故称为 反向饱和电流 。
太阳能电池伏安特性研究
沈阳城市学院物理实验中心
太阳能电池简介
太阳电池（Solar Cells）,也称为光伏电池，是 将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。光电池 是一种光电转换元件，它不需外加电源而能直接 把光能转换为电能。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。
太阳电池的发展历程
几千年来人类无意识地利用太阳能来取暖和 晾晒物品，直到19世纪末才出现了第一台太阳能 热水器，而第一片太阳电池的出现则是在1954 年· · · · · · 其发展过程简列如下：
1893年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”， 即“光伏效应”。 1930年 肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。 同年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电 池”，使太阳能变成电能。
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。
实验原理-1．PN结的形成及单向导电性
1．ＰＮ结的形成 （1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时， 由于交界面处存在 载流子浓度的差异 ，这样电 子和空穴都要 从浓度高的地方向浓度低的地方扩 散 。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的 结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。 Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子， Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。 这些不能移动的带电粒子通常称为 空间电荷 ， 它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个 很薄的空间电荷区，这就是我们所说的 ＰＮ结。
1975年 非晶硅太阳电池问世。 1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%， 多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。 1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷 兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。 自50年代研制成第一块实用的硅太阳电池、60年代太 阳电池进入空间应用、70年代进入了地面应用，太阳能光 电技术已历经了半个世纪。发展到今天，世界太阳电池组 件的年产量达200MW以上。
太阳光的发电的优点
不需要燃料取之不尽用之不竭的太阳光就是能 源。
清洁能源不会排放NOx、CO2等有害物质。 不需要烦琐的操作系统运行全靠自动进行。 系统简单维护方便整个发电系统没有运转部件， 属于静态发电因此维护简单方便。
太阳电池的应用
屋顶太阳能发电并网系统
太阳能建材一体化零能住宅
实验目的
（1）了解太阳能电池的基本特性。 （2）测绘太阳能电池的光照伏安特性。
实验仪器
1、太阳能电池基实验仪 2、太阳能电池基实验仪导轨 3、可变负载 4、太阳能电池测试盒
ZKY-SAC-I ZKY-SAC-I-S3 ZKY-SAC-I-S4 ZKY-SAC-I-S5
实验原理
太阳能交通指示系统
太阳电池厕所（徐家汇太平洋百货店前）
太阳电池电厂
太阳电池太空电厂
韩国的风力发电和太太阳能车
太阳电池车
太阳电池飞机
太阳电池飞机
太阳电池飞机
太阳能飞机-瑞士“阳光动 力
美国国家航空航天局（NASA）开发的名为 “探路者（Pathfinder）”
图（1）浓度差使载流子发生扩散运动
（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并 复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷 区又称为 耗尽层 。 （3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷， 因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电 场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而 不是外加电压形成的，故称为 内电场 。
ＰＮ结的形成 FLASH
（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着 它的建立将带来两种影响：一是 内电场将阻碍多 子的扩散 ，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结， 便在内电场的作用下漂移到对方， 使空间电荷区 变窄 。 （5）因此， 扩散运动使空间电荷区加宽，内电场 增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散； 而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有 利于多子的扩散而不利于少子的漂移。 当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界 面形成稳定的空间电荷区，即 ＰＮ结处于动态平 衡 s。
1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。 1954年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成 了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首 次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉 薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。 1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号 卫星电源。 1959年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。
实验原理-2．光伏效应
太阳光入射到太阳电池表面上后，被太阳电池 吸收。此时，在太阳电池内部因吸收了光能而 产生了带正电和负电的粒子（空穴和电子）， 这些粒子各自在太阳电池内部自由移动。而且 它们绝大多数具有这样的性质，即电子（－） 朝N型半导体汇集，而空穴（＋）则朝P型半导 体汇集。因此，在电池表面和背面焊上电极后 ，再接上灯泡或马达之类的负载，电流就会流 起来。