第三章 太阳电池测试
太阳能电池测试及标准
太阳能电池测试及标准太阳能电池是一种利用太阳能直接转换为电能的装置，是清洁能源的重要组成部分。
为了确保太阳能电池的质量和性能达到标准要求，需要进行严格的测试和标准制定。
本文将介绍太阳能电池测试的方法和相关标准，帮助读者更好地了解和掌握太阳能电池的质量评估方法。
首先，太阳能电池的测试主要包括性能测试和可靠性测试两个方面。
性能测试是指对太阳能电池的转换效率、输出功率、温度特性等进行测试，以评估其在实际工作条件下的性能表现。
而可靠性测试则是指对太阳能电池在长期使用过程中的耐久性和稳定性进行测试，以确保其能够长期稳定地工作。
这两方面的测试都是非常重要的，可以全面评估太阳能电池的质量和可靠性。
其次，太阳能电池的测试标准主要包括国际标准和行业标准两个方面。
国际标准是指由国际标准化组织（ISO）制定的适用于全球范围内的太阳能电池测试标准，其标准内容涵盖了太阳能电池的性能测试、可靠性测试、标定方法等内容。
而行业标准则是指由各个国家或地区的太阳能电池行业组织或协会制定的适用于本地区的太阳能电池测试标准，其标准内容更贴近本地区的实际情况，更具有针对性和实用性。
选择合适的测试标准对于太阳能电池的质量评估非常重要，可以确保测试结果的准确性和可比性。
最后，太阳能电池的测试和标准制定是一个不断发展和完善的过程。
随着太阳能电池技术的不断进步和应用领域的不断拓展，对太阳能电池的测试方法和标准也在不断更新和完善。
因此，太阳能电池制造商和测试机构需要密切关注最新的技术发展和标准变化，及时调整测试方法和标准要求，以确保太阳能电池的质量和性能始终处于行业领先水平。
综上所述，太阳能电池的测试及标准对于保障其质量和性能至关重要。
通过严格的性能测试和可靠性测试，制定合适的国际标准和行业标准，以及不断完善和更新测试方法和标准要求，可以确保太阳能电池始终处于最佳工作状态，为清洁能源的推广和应用提供可靠的支持。
希望本文能够帮助读者更好地了解太阳能电池测试及标准的重要性和方法，为太阳能电池领域的发展做出贡献。
太阳电池测试培训讲义
太阳能光伏组件技术培训第一章 太阳电池测试原理第一节 光电流和光电压一、光电流光生载流子的定向运动形成光电流。
如果入射到电池的光子中，能量大于禁带宽度g E 的光子均能被电池吸收，而激发出数量相同的光生电子—空穴对，且可以被全部收集，则光生电流密度的最大值为)((max)g ph L E qN J = （2-1） 式中)(g ph E N 为每秒入射到电池上能量大于g E 的总光子数。
考虑光的反射、材料吸收、电池厚度及光生载流子的实际生产率后，光电流密度可以表示为[]λλλλλλd dx x qG d dx e a R Q q J HL Hx a L ⎰⎰⎰⎰∞∞-⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-Φ=0000)()()()(1)( （2-2）[]x a L e a R Q x G )()()(1)()(λλλλ--Φ= （2-3） 式中，)(λΦ为入射到电池上波长为λ、带宽为λd 的光子数；Q 为量子产额，即一个能量大于g E 的光子产生一对光生载流子的几率，通常情况下可以令1=Q ；)(λR 为和波长有关的反射因数；)(λa 为对应波长的吸收系数；dx 为距电池表面x 处厚度为dx 的薄层；H 为电池总厚度。
)(x G L 表示x 处的光生载流子的产生率。
这个表达式认为，凡是在电池中产生的光生载流子均可以对光电流有贡献，因而是光电流的理想值。
在如图2-1所示的简化太阳电池结构图中：（1）太阳电池的n 区、耗尽区和p 区中均能产生光生载流子；（2）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，所以求解实际的光生电流必须考虑各区中的产生和复合、扩散和漂移等各种因素。
为简单起见，先讨论波长为λ带宽为λd 、光子数为)(λΦ的单色光照明太阳电池的情况。
类似p-n 结正偏，在单位面积的太阳电池中把)(λL J 看为各区贡献的光电流密度之和 )()()(λλλp c n L J J J J ++= （2-4） 其中)(λn J 、)(λc J 、)(λp J 分别表示n 区、耗尽区、p 区贡献的光电流密度。
第三章 太阳能电池原理
开路电压VOC： VOC kT ln( IL 1)
q
IS
填充因子 F Pmp IscVoc
光电转换效率
Pmp FVocIsc
Pi
Pi
Pmp是最大输出功率， Pi是输入功率
当入射太阳光谱AM0或AM1.5确定以后，其值就取决 于开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子F的最大值。
3、入射光光谱：一般是标准化的AM1.5光源 4、太阳能电池的光学性能：电池的吸收和反射 5、载流子收集的可能性：主要取决于电池表面的钝化及电
池中的少子寿命
qV
I IL - IF IL - Is(e kT 1)
V kT ln( IL - I 1)
q
IS
当pn结开路（open circuit ）时即R趋于无穷大，得到
光谱响应度（SR） 太阳能电池的光谱响应度：单位光功率所产生的电流强度
SR Isc I L qne q EQE q(1 R) IQE
Pin ()
Pin ()
hc
n ph
hc
hc
EQE：外部量子效率（没有特殊说明时就是量子效率） IQE：内部量子效率
理想情况下，光谱响应度（λ≤ λg）与波长成正比。 实际情况并不成线性关系：波长较长时，电池对光的吸收弱，导致
带有电阻负载的pn结太阳能电池示意图
零偏下光电池工作 电流
光生电流IL 光生电压下的正向电流IF
qV
流经负载的电流 I IL - IF IL - Is(e kT 1)
太阳能电池的重要参数： 短路电流ISC；开路电压VOC；填充因子F；光电转换效率η
qV
I IL - IF IL - Is(e kT 1)
太阳能电池的测试.
太阳能电池测试原理
太阳能电池测试原理太阳能电池是一种将太阳光转化为电能的器件，其测试原理主要涉及太阳能电池的光电效应、电子运动、电流测量和功率计算等方面。
首先，太阳能电池的测试原理与光电效应密切相关。
光电效应是指光照射到物质表面时，光子能量被物质中的电子吸收后，会使电子从原子或分子中脱离出来，从而产生电子流。
太阳能电池的测试原理就是基于该光电效应。
太阳能电池一般由两个半导体材料组成，其中一个为P型半导体，具有正电荷载流子缺陷，另一个为N型半导体，具有负电荷载流子缺陷。
当太阳光照射到太阳能电池上时，能量较高的太阳光子被吸收，撞击到半导体材料中的原子或分子上，使其内部电子获得光子的能量并跃迁到导带中，形成自由电子；同时，原本在禁带中的电子-空穴对被打破，产生正负载流子（电子和空穴）。
这样，通过P-N结形成的电场，将产生的电子和空穴分离，形成电势差。
这个过程就是光电效应转换的电能。
接着，太阳能电池的测试原理还涉及电子运动过程。
在光照射下，电子在P-N 结的作用下从P区域流向N区域，形成电流。
在这个过程中，由于P-N结形成的电场力的作用，使电子在电池中形成方向一致的电流。
这样，我们可以通过测试太阳能电池产生的电流来评估其光电转化效果。
使用电流表或万用表等仪器，将其接入太阳能电池的输出端，就可以测量到通过太阳能电池的电流。
电流测量只是太阳能电池测试的一部分，其中功率的测量也非常重要。
太阳能电池的输出功率是评估其性能优劣的重要指标。
功率是电流和电压的乘积，可以通过测量太阳能电池的输出电压和输出电流来计算得到。
实际测试中，常用数字电压表和电流表来测量输出电压和输出电流，然后将二者相乘，即可得到太阳能电池的输出功率。
除了电流和功率的测量，太阳能电池的效率也是一个重要的测试参数。
太阳能电池的效率是指太阳光转化为电能的有效比例，也是评估太阳能电池性能的关键指标。
太阳能电池的效率可以通过将太阳能电池的输出功率除以太阳光的输入功率来计算得到。
太阳能电池性能测试实验
太阳能电池性能测试实验太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，它是利用光电效应原理工作的。
为了评估太阳能电池的性能，我们可以进行多种测试实验，包括光电转换效率测试、电流-电压特性曲线测试、稳态和暗态测试以及温度测试等。
本文将详细解读这些实验的定律和准备工作，并讨论太阳能电池性能测试的应用和其他专业性角度。
一、光电转换效率测试光电转换效率是评估太阳能电池性能的重要指标，它代表了太阳能电池将太阳能转化为电能的能力。
实验准备：1. 太阳能电池：选取一块面积适中的太阳能电池，确保它的电流暗态偏差小于1%。
2. 太阳光源：选择适合测试太阳能电池的太阳光源，确保其光照度足够高且光谱匹配太阳光谱。
3. 电子负载：用于测量太阳能电池的电流和电压输出。
实验过程：1. 设置太阳能电池：将太阳能电池安装在正确的位置上，并连接到电子负载。
2. 测量电流和电压：通过改变负载的阻抗，测量电流和电压的值，并记录数据。
3. 计算光电转换效率：根据测得的电流和电压值，可以计算出光电转换效率，常用公式为光电转换效率=（输出功率/输入功率）* 100%。
应用和其他专业性角度：光电转换效率测试的结果可以用于评估太阳能电池的性能，并与其他太阳能电池进行比较。
这对于研究新型太阳能电池材料和结构设计具有重要意义。
此外，太阳能电池的光电转换效率也影响着其在实际应用中的性能和效益，对于太阳能发电系统的设计和优化具有指导意义。
二、电流-电压特性曲线测试电流-电压特性曲线测试是了解太阳能电池在不同工作条件下的性能的重要手段。
实验准备：1. 太阳能电池样品：选择一些太阳能电池样品进行测试，确保它们的性能和参数有较大差异，以获得可靠的数据。
2. 电子负载：用于控制太阳能电池的负载。
3. 电压源：用于提供不同的电压给太阳能电池。
实验过程：1. 设置太阳能电池：将太阳能电池连接到电子负载和电压源。
实验过程：1. 设置太阳能电池：将太阳能电池连接到电子负载和电压源。
太阳能电池性能测试实验报告
太阳能电池性能测试实验报告引言太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备。
为了评估太阳能电池的性能，我们进行了一系列的实验测试。
本实验报告将介绍测试方法、测试结果以及讨论我们对于太阳能电池性能的理解。
实验目的本实验的主要目的是测试太阳能电池的性能，并且通过实验结果探讨太阳能电池的优势和限制。
实验步骤1. 准备工作在实验开始之前，我们需要准备以下材料和设备： - 太阳能电池 - 太阳能电池测试设备（例如电流计、电压计等） - 太阳能灯或其他光源 - 太阳能电池连接线2. 测试太阳能电池的开路电压首先，我们需要测量太阳能电池的开路电压。
在室内或者阳光充足的地方，连接电压计到太阳能电池的正负极，记录电压计显示的数值。
3. 测试太阳能电池的短路电流接下来，我们需要测量太阳能电池的短路电流。
同样在室内或者阳光充足的地方，将电流计连接到太阳能电池的正负极，记录电流计显示的数值。
4. 测试太阳能电池的最大功率输出为了测试太阳能电池的最大功率输出，我们需要将太阳能电池连接到一个负载电阻。
我们可以选择不同的电阻值，并记录下电压计和电流计的读数。
根据欧姆定律，可以计算出太阳能电池的输出功率。
重复这个过程，直到找到太阳能电池的最大功率输出。
实验结果与讨论开路电压和短路电流根据我们的实验数据，我们测得太阳能电池的开路电压为X伏特，短路电流为Y安培。
这些数值反映了太阳能电池的基本性能。
最大功率输出通过测试不同电阻值下的电压和电流，我们得到了太阳能电池的输出功率曲线。
根据曲线，我们可以确定太阳能电池的最大功率输出为Z瓦特。
这个数值可以帮助我们评估太阳能电池在实际应用中的性能。
讨论根据我们的实验结果，我们可以看出太阳能电池的性能受到光照强度的影响。
在光照较强的情况下，太阳能电池的输出功率会增加。
此外，太阳能电池的性能还受到温度、电阻和材料质量等因素的影响。
进一步研究这些因素对太阳能电池性能的影响，有助于我们优化太阳能电池的设计和应用。
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。
太阳能电池特性测试实验报告
太阳能电池特性测试实验报告一、1.1 实验目的与意义随着科技的不断发展，太阳能作为一种清洁、可再生的能源越来越受到人们的关注。
为了更好地了解太阳能电池的性能，提高太阳能电池的转换效率，我们进行了一次太阳能电池特性测试实验。
本实验旨在通过理论分析和实验验证，探讨太阳能电池的工作原理、性能参数及其影响因素，为太阳能电池的研究和应用提供理论依据。
二、2.1 实验原理太阳能电池是一种将太阳光能直接转化为电能的装置。
其工作原理是利用半导体材料的光电效应，当太阳光照射到半导体表面时，光子能量被吸收，使得半导体中的电子跃迁至导带，形成自由电子和空穴对。
在P-N结界面，自由电子和空穴相遇时，产生电场，从而产生电流。
太阳能电池的输出电压与太阳辐射强度成正比，输出电流与太阳辐射强度的平方成正比。
三、3.1 实验设备与材料1. 太阳能电池模块：用于接收太阳光并产生电流。
2. 数字万用表：用于测量电流和电压。
3. 短路开关：用于保护电路。
4. 直流电源：用于给太阳能电池模块供电。
5. 光纤激光器：用于产生单色光束。
6. 光谱仪：用于测量光强和光谱。
7. 数据处理软件：用于记录和分析实验数据。
四、3.2 实验步骤与方法1. 将太阳能电池模块安装在光源和数字万用表之间，确保模块表面与光源平行。
2. 用短路开关连接太阳能电池模块的正负极。
3. 用直流电源给太阳能电池模块供电。
4. 用光纤激光器产生单色光束，使其经过一个分束镜后分为两束光线。
5. 其中一束光线经过一个透镜后聚焦在太阳能电池模块上，另一束光线经过一个偏振片后得到一个具有一定相干度的光束。
6. 将光谱仪放置在聚焦后的光线附近，测量光强和光谱分布。
7. 用数据处理软件记录实验数据，并进行分析。
五、实验结果与分析通过本次实验，我们得到了太阳能电池模块的输出电流和电压数据。
我们还观察到了太阳光在经过分束镜、透镜和偏振片后的光谱分布情况。
根据实验数据和光谱分析结果，我们得出了太阳能电池的光电转换效率以及其随太阳辐射强度变化的关系。
太阳能电池特性测试实验报告-资料类
太阳能电池特性测试实验报告－资料类关键信息项：1、实验目的2、实验设备3、实验原理4、实验步骤5、数据记录与处理6、实验结果7、误差分析8、结论11 实验目的本次实验旨在深入了解太阳能电池的工作特性，包括其输出电压、电流与光照强度、负载电阻等因素之间的关系，从而为太阳能电池的应用和优化提供数据支持。
111 具体目标测量太阳能电池在不同光照条件下的输出特性。
研究太阳能电池的短路电流和开路电压随光照强度的变化规律。
分析太阳能电池的输出功率与负载电阻的关系。
12 实验设备太阳能电池板光源模拟器（可调节光照强度）数字万用表可变电阻箱数据采集系统121 设备参数太阳能电池板的规格和型号：＿___________________光源模拟器的光照强度调节范围：＿___________________数字万用表的精度和测量范围：＿___________________可变电阻箱的阻值范围和调节精度：＿___________________13 实验原理太阳能电池是基于半导体的光伏效应将光能转化为电能的器件。
当光子入射到半导体材料中，会激发电子从价带跃迁到导带，产生电子空穴对。
在内建电场的作用下，电子和空穴分别向不同方向移动，形成电流和电压。
131 短路电流（Isc）当太阳能电池的输出端短路时，测量得到的电流即为短路电流，它与光照强度成正比。
132 开路电压（Voc）当太阳能电池的输出端开路时，测量得到的电压即为开路电压，它随光照强度的增加而增加，但增加趋势逐渐减缓。
133 输出功率（P）太阳能电池的输出功率等于输出电压（V）与输出电流（I）的乘积，即 P ＝ V × I。
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，称为最大功率点（MPP）。
14 实验步骤141 实验准备检查实验设备是否完好，确保各仪器的连接正确。
将太阳能电池板放置在光源模拟器下方，调整位置使其均匀受光。
142 测量短路电流和开路电压调节光源模拟器的光照强度为最小值，测量太阳能电池的短路电流Isc 和开路电压 Voc ，记录数据。
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。
太阳电池光伏特性的测量实验
太陽電池光伏特性的測量實驗太陽電池（Solar Cells），也稱為光伏電池，是將太陽光源直接轉換成電能的元件．經由這種元件封裝成太陽電池模組，再按需求將一塊以上的模組組合成一定功率的太陽電池陣列，再經連接蓄電池、測量控制裝置及直流-交流變換裝置等，即構成太陽電池發電系統，此系統具有不需外部供應能源、維護簡單、壽命長、可任意組合功率大小、無噪音、無污染等優點．光伏效應早在1839年已經被法國物理學家 Becquerel 發現，１９５４年世界上第一塊矽半導體太陽電池才在美國貝拉實驗室出現．經過50 多年來的努力，再加上人類對再生能源的重視，太陽電池的研究與產業化已有俱體的成就．目前，太陽電池已成為太空衛星的基本電源和地球上無電或缺電地區及些特殊領域如通信設備、氣象台站、航標燈等之重要電源．而且隨著太陽電池材料及製造技術的創新和製造成本的不斷降低，太陽能光伏發電將逐步地取代常規發電．近年來，在德國和日本等國家，其太陽能光伏發電已進入城市電力系統．世界各國對於太陽能光伏發電技術十分重視，將它列為可再生能源開發利用的首位．因此，太陽能光伏發電可望成為21 世紀的重要新能源．【實驗目的】1．了解太陽電池的構造與工作原理，2．測量太陽光譜及輻射能量3．觀察半導體材料能帶溝(Band G a p)對光伏效率的影響4．測量太陽電池之二極體特性曲線及計算”dar k sa t ura ti on curren t”5．測量太陽電池之光譜響應(s p ec t ral res p onse)及計算量子效率6．測量太陽電池的 I-V 特性曲線.7．測量太陽電池之效率及計算寄生電阻8．觀察溫度、太陽光源強度對太陽電池之影響。
【實驗原理】1．圖1 矽晶太陽電池的架構示意圖構示意圖如圖1 所示．結晶體矽太陽電池以矽半導體材料製成大面積p n 接面元件工作．一般採用n+/p同質接面架構，即在約10 c m×10 c m面積的p型矽片（厚度約200~500 μm）上用擴散法製作出一層很薄（厚度< 1μm）的經過重攙雜的n 型層，然後在n型層上面製作金屬格線，作為正面接觸電極．在整個背面也製作金屬膜，作為背面歐姆接觸電極．這樣就形成了結晶體矽太陽電池．另外為了減少光的反射損失，一般會在上下表面作粗糙化，並整個表面上再覆蓋一層抗反射膜．2．光伏效應當太陽光入射太陽電池內部時，只要入射光子的能量大於半導體材料的能帶溝 Eg ，則會在p層或n 層其光子被吸收處產生電子-電洞對．在n 層或p層離p-n 接面所產生的電子電泂對，會因擴散而自由移動，這些載子大部份會重新結合而消失，只有少部份產生在距離電荷空乏區小於少數載子的擴散長度之載子有機會擴散到電荷空乏區，進而被此區之內建電場驅動推向另一區域成為主要載子，亦即在n型半導體區之電洞擴散到電荷空乏區，在內建電場推動下，跨越p n接面到p(n)型半導體區成為主要載子。
太阳能电池的测试.
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3.测量仪器与装置
（1）标准太阳电池 标准太阳电池用于校准测试光源的辐照度池 校准辐射度。
在非定标测试中，一般用AM1.5工作标准校准辐照度，要求高时用 AM1.5二级标准太阳电池。
地面标准阳光条件是具有1000 W/m2的辐照度，AM1.5的 太阳光谱以及足够好的均匀性和稳定性，这样的标准阳光在 室外能找到的机会很少，而太阳电池又必须在这种条件下测 量，因此，唯一的办法是用人造光源来模拟太阳光，即所谓 太阳模拟器。
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三、太阳模拟器分类 1.稳态太阳模拟器 2.脉冲式太阳模拟器
电池内串联电阻Rs的影响就比较大，在Rs上的压降接近于
结电压Vj，测出的伏安曲线有很大的误差，可通过光电压和
光电流法解决。
JscJ0[
exqpV o(c)1] AkT
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（2）电池负载特性测量 其中：E1 和 E2 是两个直流 电源，并且 E1 的电压必须大 于所测量太阳电池的开路电压； Rh 是一个可变电阻 Rp 是一 个精密电阻，或者被称为负载 电阻 ，当从下向上滑动可变 电阻，使得被测量的太阳电池 从反向偏置状态向正向偏置状 态变化，太阳电池逐渐从短路 状态向开路状态变化，从而对 太阳电池的 I-V 特性进行扫描。
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3.发光强度
发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写 cd。1cd是指单色光源（频率540X1012HZ，波长0.550微米） 的光，在给定方向上的单位立体角内发出的光强度，光源辐 射是均匀时，则光强为I=F/Ω，Ω为立体角，单位为球面度 （sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。
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3.填充因子（FF）： 最大输出功率与开路电 压和短路电 流乘积之比
太阳能电池基本特性测定实验.
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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。
为此，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，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。
该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，联系科技开发实际，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】1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线2. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 、最大输出功率max P 及填充因子FF3. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 与相对光强0J J 的关系，求出它们的近似函数关系。
【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】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。
在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=10nKT qU e I I (1) 其中0I 是二极管的反向饱和电流,n 是理想二极管参数,理论值为1。
K 是玻尔兹曼常量,q 为电子的电荷量,T 为热力学温度。
（可令nKTq=β）由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为V C E E -的半导体所构成。
C E 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，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。
太阳电池电流电压特征及测量方法
太阳电池电流电压特征及测量方法1 工作原理在太阳光照射下太阳电池内部产生的电子空穴对被结区内建电场分离，在其两端电极处形成电势差，接上负载后可输出电能。
示意图如下：2 太阳电池的等效电路图太阳电池可等效为一个恒流源I L 与一个二极管Id 和一个大阻值的电阻Rsh 并联，再与一个小阻值电阻串联Rs 的简单电路模型。
如下图所示：其物理含义如下：I L ：光生电流； Id ：饱和暗电流；Rsh ：并联电阻（电池边缘漏电和结区漏电会降低并联电阻值）； Rs ：串联电阻（金属浆料电阻、烧结后的接触电阻、半导体材料电阻和横向电阻）；PN 结：单二极管（理想因子n=1）或双二极管（另一个并联的二极管n=2）。
由此，我们可以得出电流的输出为：sh D L I I I I --=或Rsh IRsV e I e I I I kTIRs V q o kT IRs V q o L +-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=++112)(2)(1 注：在表达式q/(nkT)中理想因子为n ，可取1或者2。
n=1反映体内或表面通过陷阱能级的复合；n=2描述载流子在电荷耗尽区（也就是结区）复合。
3 太阳电池的电特性测量：测出的太阳电池的电特性为一曲线，相当于外接一个0~∞变化的电阻时太阳电池的电流电压输出曲线。
具体如下图所示：同时可根据该曲线计算出开路电压Voc 、短路电流Isc 、最佳工作点电压Vmp 、最佳工作点电流Imp 、最大功率点Pmax 、填充因子FF 和光电转换效率Eff 及串联电阻Rs 、并联电阻Rsh 。
其中，Rs 和Rsh 采用近似计算。
计算Rsh 时，忽略I D ,并取Rs<<Rsh,则Rsh 为在Isc 处的斜率的负倒数，即Rsh=-1/(dI/dV)，也可由电池的暗IV 特性得出；计算Rs 时，认为Rsh 很高，且理想因子介于1和2之间，则在Voc 处，I=0，有⎪⎪⎭⎫⎝⎛--==LI I q nkT dIdV Rs 10取Voc 处的斜率可以得出Rs 。
太阳电池测试
太阳电池测试1．研究背景由于世界经济发展对能源的需求愈来愈大，能源危机已经成为全球共同关注的焦点。
地球上煤、石油和天然气等能源储藏量有限，总有一天会被开采光。
按照国际能源机构预测：按照目前的开采速度，全世界煤炭储存量只能够供人类使用 147 年，石油和天然气也将在 30～60 年消耗殆尽。
而且使用煤、石油和天然气造成的环境污染问题也日益严重：全球气候变暖，海平面不断上升，大气和水污染等，因此开发可持续利用的清洁绿色能源已成为国际上一个热门的研究课题。
同有限的化石燃料相比，太阳能因其取之不尽，污染小和不受地域限制引起了人们的注意。
预计在未来的100亿年里，太阳可以保持近似恒定的向外辐射太阳能。
太阳辐射出的总能量大约为 3.83×1026W，到达大气层外的辐射强度为1.376kW/m2，经过大气层吸收及空间粒子反射后，达到地球表面的辐射强度为 1kW/m2。
如果能够有效的利用太阳辐射能量，并将它们应用于生活中的各个方面，人类将大大减少对化石燃料的依赖，同时也能够减少对环境的危害。
太阳能来源于太阳内部的核聚变向外辐射的能量。
太阳辐照到地球表面的能量，相当于人类现有能源所能提供能量总和的上万倍。
近几十年来，太阳能技术得到了大多数国家的支持，正在向着各个方向蓬勃发展。
因此，越来越多的人认为，无论是通过光热途径还是光伏途径，直接应用太阳能不可避免地将成为人类使用能源的方式，特别是，这种方式将成为人类最终使用能源的重要组成部分。
太阳能的利用方式繁多，其中最主要的思路是发电。
将太阳能转换为电能的方式有两种：光热发电和光伏发电。
光热发电对地域的要求高，要求必须受到较高的太阳辐射能，而光伏发电可以在任何有阳光的地方，将光能转换为电能，因此，光伏发电更具有研究的意义。
太阳能电池板是光伏发电的核心部分，其原理是利用PN结的光生伏特效应，将太阳能所发出的光能转化为电能。
目前，光伏市场上主流的电池是晶体硅电池，晶体硅电池技术成熟，价格低廉，占据了85%以上的市场，预计未来的5-10年，主导地位不会发生改变。
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第三章太阳电池测试3.1太阳模拟器3.1.1概述太阳电池是将太阳能转变成电能的半导体器件，从应用和研究的角度来考虑，其光电转换效率、输出伏安特性曲线及参数是必须测量的，而这种测量必须在规定的标准太阳光下进行才有参考意义。
如果测试光源的特性和太阳光相差很远，则测得的数据不能代表它在太阳光下使用时的真实情况，甚至也无法换算到真实的情况，考虑到太阳光本身随时间、地点而变化，因此必须规定一种标准阳光条件，才能使测量结果既能彼此进行相对比较，又能根据标准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能参数。
3.1.2太阳辐射的基本特性3.1.2.1几个描述光的物理概念：（1）发光强度。
按照1979年第16届国防计量会议（CGPN）确定，以坎德拉（cd）为发光强度的计量单位。
坎德拉是一光源在给定的方向上的光强度，该光源发出频率为5401012Hz的光学辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683WSr-1（2）光通量。
光通量的单位是流明（lm），它用来计量所发出的总光量，发光强度为1cd的点光源，向周围空间均匀发出4流明的光能量。
（3）光强度。
指照射于一表面的光强度，它用勒克斯（lx）作为单位，当1lm光通量的光强射到1m2面积上时，该面积所受的光照度（简称照度）就是1lx。
（4）辐射度，通常称为光强，即入射到单位面积上的光功率，单位是W/m2或mw/cm2。
3.1.2.2辐照度及其均匀性对空间应用，规定的标准辐照度为1367w/m2（另一种较早的标准规定为1353 w/m2），对地面应用，规定的标准辐照度为1000 w/m2。
实际上地面阳光和很多复杂因素有关，这一数值仅在特定的时间及理想的气候和地理条件下才能获得。
地面上比较常见的辐射照度是在600~900w/m2范围内，除了辐照度数值范围以外，太阳辐射的特点之一是其均匀性，这种均匀性保证了同一太阳电池方阵上各点的辐照度相同。
3.1.2.3光谱分布太阳电池对不同波长的光具有不同的响应，就是说辐照度相同而光谱成分不同的光照射到同一太阳电池上，其效果是不同的，太阳光是各种波长的复合光，它所含的光谱成分组成光谱分布曲线，而且其光谱分布也随地点、时间及其它条件的差异而不同，在大气层外情况很单纯，太阳光谱几乎相当于6000K的黑体辐射光谱，称为AMO光谱。
在地面上，由于太阳光透过大气层后被吸收掉一部分，这种吸收和大气层的厚度及组成有关，因此是选择性吸收，结果导致非常复杂的光谱分布。
而且随着太阳天顶角的变化，阳光透射的途径不同吸收情况也不同。
所以地面阳光的光谱随时都在变化。
因此从测试的角度来考虑，需要规定一个标准的地面太阳光谱分布。
目前国内外的标准都规定，在晴朗的气候条件下，当太阳透过大气层到达地面所经过的路程为大气层厚度的1.5倍时，其光谱为标准地面太阳光谱，简称AM1.5标准太阳光谱。
此时太阳的天顶角为48.19，原因是这种情况在地面上比较有代表性。
3.1.2.4总辐射和间接辐射在大气层外，太阳光在真空中辐射，没有任何漫射现象，全部太阳辐射都直接从太阳照射过来。
地面上的情况则不同，一部分太阳光直接从太阳照射下来，而另一部分则来自大气层或周围环境的散射，前者称为直接辐射，后者称为天空辐射。
二部分合起来称为总辐射，在正常的大气条件下，直接辐射占总辐射的75%以上，否则就是大气条件不正常所致，例如由于云层反射或严重的大气污染所致。
3.1.2.5辐照稳定性天气晴朗时，阳光辐照是非常稳定的，仅随高度角而缓慢的变化，当天空有浮云或严重的气流影响时才会产生不稳定现象，这种气候条件不适宜于测量太阳电池，否则会得到不确定的结果。
3．2太阳模拟器综上所述，标准地面阳光条件具有1000 w/m2的辐照度，AM1.5的太阳光谱以及足够好的均匀性和稳定性，这样的标准阳光在室外能找到的机会很少，而太阳电池又必须在这种条件下测量，因此，唯一的办法是用人造光源来模拟太阳光，即所谓太阳模拟器。
3．2．1稳态太阳模拟器和脉冲式太阳模拟器稳态太阳模拟器是在工作时输出辐照度稳定不变的太阳模拟器，它的优点是能提供连续照射的标准太阳光，使测量工作能从容不迫的进行。
缺点是为了获得较大的辐照面积，它的光学系统，以及光源的供电系统非常庞大。
因此比较适合于制造小面积太阳模拟器，脉冲式太阳模拟器在工件时并不连续发光，只在很短的时间内（通常是毫秒量级以下）以脉冲形式发光。
其优点是瞬间功率可以很大，而平均功率却很小。
其缺点是由于测试工作在极短的时间内进行，因此数据采集系统相当复杂，在大面积太阳电池组件测量时，目前一般都采用脉冲式太阳模拟器，用计算机进行数据采集和处理。
3．2．2太阳模拟器的电光源及滤光装置用来装置太阳模拟器的电光源通常有以下几种：卤光灯：简易型太阳模拟器常用卤光灯来装置。
但卤光灯的色温值在2300K左右，它的光谱和日光相差很远，红外线含量太多，紫外线含量太少。
作为廉价的太阳模拟器避免采用昂贵的滤光设备，通常用3cm 厚的水膜来滤除一部分红外线，使它近红外区的光谱适当改善，但却无法补充过少的紫外线。
冷光灯：冷光灯是由卤钨灯和一种介质膜反射镜构成的组合装置。
这种反射镜对红外线几乎是透明的，而对其余光线却能起良好的反射作用。
因此经反射后红外线大大减弱而其它光线却成倍增加。
和卤钨灯相比，冷光灯的光谱有了大辐度的改善，而且避免了非常累赘的水膜滤光装置。
因此目前简易型太阳模拟器多数采用冷光灯。
为了使它的色温尽可能的提高些，和冷光罩配合的卤钨灯常设计成高色温，可达3400K，但使它的寿命大大缩短，额定寿命仅50小时。
因此需经常更换。
氙灯：氙灯的光谱分布从总的情况来看比较接近于日光，但在0.80.1之间有红外线，比太阳光大几倍。
因此必须用滤光片滤除，现代的精密太阳模拟器几乎都用氙灯作电源，主要原因是光谱比较接近日光，只要分别加上不同的滤光片即可获得AM0或AM1.5等不同的太阳光谱。
氙灯模拟器的缺点从光学方面来考虑是它的光斑很不均匀，需要有一套复杂的光学积分装置来使光斑均匀。
从电路来考虑是它需要一套复杂而比较庞大的电源及起辉装置。
总的来说，氙灯模拟器的缺点是装置复杂，价格昂贵，特别是有效辐照面积很难做得很大。
脉冲氙灯：脉冲式太阳模拟选用各种脉冲氙灯作为光源，这种光源的特点是能在短时间内发出比一般光源强若干倍的强光，而且光谱特性比稳态氙灯更接近于日光。
由于亮度高通常可放在离太阳电池较远的位置进行测量，因此改善了辐照均匀性，可得到大面积的均匀光斑。
3．3太阳模拟器某些光学特性的检测3．3．1辐照不均匀度的检测辐照不均匀度是对测试平面上不同点的辐照度来说，当辐照度不随时间改变时，辐照度不随时间改变时，辐照不均匀度按下式计算:辐照不均匀度＝±（最大辐照度－最小辐照度）/（最大辐照度＋最小辐照度）×100％在测量单体电池时，辐照不均匀度应使用不超过待测电池面积1/4的检测电池来检测。
在测量组件时，应使用不超过待测组件面积1/10的检测电池来检测。
3．3．2辐照不稳定的检测测试平面上同一点的辐照度随时间改变时。
辐照不稳定度按下式计算辐照不稳定度＝±（最大辐照度－最小辐照度）/（最大辐照度＋最小辐照度）3．3．3光谱失配误差计算光谱失配误差=式中：和分别是被测电池（T）和标准电池（S）在AM1.5状态下的相对光谱电流，即光谱电流i(λ)与短路电流I之比：B(λ)－1定义为光谱，它表示太阳模拟器光谱辐照度еsim(λ)和AM1.5的光谱辐照度。
еAM1.5(λ)的相对偏差：即由上述容易看到，在两种特殊情况下光谱失配误差消失：一种情况是太阳模拟器的光谱和标准太阳光谱完全一致，另一种情况是被测太阳电池的光谱响应和标准太阳电池的光谱响应完全一致。
这两种特殊情况都难以严格地实现，而二种情况相比之下，后一种情况更难实现，因为待测太阳电池是多种多样的，不可能每一片待测电池都配上和它光谱响应完全一致的标准太阳电池。
光谱响应之所难于控制，一方面出于工艺上的原因，在众多复杂因素的影响下，即使是同工艺、同结构、同材料，甚至是同一批生产出来的太阳电池，并不能保证具有完全相同的光谱响应，另一方面来自测试的困难，光谱响应的测量要比伏安特性麻烦得多，也不易测量正确，不可能在测量伏安特性之前先把每片太阳电池的光谱响应测量一下。
因此为了改善光谱匹配，最好的办法是设计光谱分布和标准太阳光谱非常接近的精密型太阳模拟器，从而对太阳电池的光谱响应不必再提出要求。
3.4 单体太阳电池测试测量太阳电池的电性能归结为测量它的伏安特性，由于伏安特性与测试条件有关，必须在统一的规定的标准测试条件下进行测量，或将测量结果换算到标准测试条件，才能鉴定太阳电池电性能的好坏，标准测试条件包括标准太阳光（标准光谱和标准辐照度）和标准测试温度，温度可以人工控制。
标准太阳光可以人工模拟，或在自然条件下寻找。
使用模拟阳光，光谱取决于电光源的种类及滤光、反光系统。
辐照度可以用标准太阳电池短路电流的标定值来校准。
为了减少光谱失配误差，模拟阳光的光谱应尽量接近标准阳光光谱，或选用和被测量电池光谱响应基本相同的标准太阳电池。
测量伏安特性的原理框图如下：图4.1 测量伏安特性的电路框图注意：测量太阳电池的电压和电流，应从被测件的端点单独引出电压线和电流线。
3.4.1测试项目（1）开路电压V oc（2）短路电流I sc（3）最佳工作电压V m（4）最佳工作电流I m（5）最大输出功率P m（6）光电转换效率（7）填充因子FF（8）伏安特性曲线或伏安特性（9）短路电流温度系数，简称电流温度系数（10）开路电压温度系数， 简称电压温度系数（11）内部串联电阻R s（12）内部并联电阻R sb3.4.2电性能测试的一般规定3.4.2.1标准测试条件标准规定地面标准阳光光谱采用总辐射的AM1.5标准阳光光谱。
地面阳光的总辐照度规定为1000 w/m2。
标准测试温度规定为25C对定标测试，标准测试温度的允许差为+ 1C。
对非定标准测试。
标准测试温度允许差为+2C。
如受客观条件所限，只能在非标准条件下进行测试，，则必须将测量结果换算到标准测试条件。
3.4.3测量仪器与装置（1）标准太阳电池标准太阳电池用于校准测试光源的辐射照度。
对AM1.5工作标准太阳电池作定标测试时，用AM1.5二级标准太阳电池校准辐射度。
在非定标测试中，一般用AM1.5工作标准辐照度，要求时用AM1.5级标准太阳电池。
（2）电压表（包括一切测量电压的装置）电压表的精度应不低于0.5级。
电流表内阻应小到能保证在测量短路电流时，被电池两端的电压不超过开路电压的3%。
当要求更精确时，在开路电压的3%以内可利用电压和电流的线性关系来推算完全短路电流。
推荐用数学毫伏表测量取样电阻两端电压降的方法来测量电流。