太阳能电池伏安特性
第3章太阳能电池的特性
第3章太阳能电池的特性太阳能电池的特性光伏电池的特性⼀般包括光伏电池的输⼊输出特性(伏安特性)、照度特性以及温度特性。
1. 伏安特性当太阳光照射到电池上时，电池的电压与电流的关系(伏安特性)可以简单的⽤图2．9所⽰的特性曲线来表⽰。
图中：V oc 为开路电压；Isc 为短路电流；Vpmax 为最佳⼯作电压；Ipmax 为最佳⼯作电流。
最佳⼯作点对应电池的最⼤出⼒Pmax ，其最⼤值由最佳⼯作电压与最佳⼯作电流的乘积得到。
实际使⽤时，电池的⼯作受负载条件、⽇照条件的影响，⼯作点会偏离最佳⼯作点。
1.1 开路电压Voc光伏电池电路将负荷断开测出两端电压，称为开路电压。
1.2 短路电流Isc光伏电池的两端是短路状态时测定的电流，称为短路电流。
1.3 填充因⼦FF实际情况中，PN 结在制造时由于⼯艺原因⽽产⽣缺陷，使光伏电池的漏电流增加。
为考虑这种影响，常将伏安特性加以修正，将特性的弯曲部分曲率加⼤，定义曲线因⼦FF 为Uoc Isc P Uoc Isc Up Ip FF ?=??=max max max曲线因⼦是⼀个⽆单位的量，是衡量电池性能的⼀个重要指标。
曲线因⼦为1被视为理想的电池特性。
⼀般地，曲线因⼦在0．5～O ．8之间。
1.4 转换效率转换效率⽤来表⽰照射在电池上的光能量转换成电能的⼤⼩，它是衡量电池性能的另⼀个重要指标。
但是对于同⼀块电池来说，由于电池的负载的变化会影响其出⼒，导致光伏电池的转换效率发⽣变化。
为了统⼀标准，⼀般公称效率来表⽰电池的转换效率。
即对在地⾯上使⽤的电池，在太阳能辐射通量1000w ／m2、⼤⽓质量Aml.5、环境温度25℃，与负载条件变化时的最⼤电⽓输出的⽐的百分数来表⽰。
⼚家的说明书中电池转换效率就是根据上述测量条件得出的。
2.照度特性光伏电池的出⼒随照度(光的强度)⽽变化。
如图2．10所⽰，短路电流与照度成正⽐；图2．1l所⽰，开路电压随照度按指数函数规律增加，其特点是低照度值时，仍保持⼀定的开路电压。
山东大学实验一 太阳能电池实验器实验-太阳能电池伏安特性测试实验-实验报告
太阳能利用技术综合实验报告
【实验题目】实验一太阳能电池伏安特性测试实验
班级姓名学号
上课日期2023年月日教室千佛山校区热力楼（）任课教师签字：最终成绩：
【实验目的】
1.掌握太阳能电池的光电转换原理及应用
2.测量太阳能电池的开路电压和短路电流
3.测量太阳能电池的伏安特性曲线并计算太阳能电池效率
【实验原理】
1.简述太阳能电池的工作原理。
2.什么是太阳能电池的开路电压、短路电流和转换效率？
【实验仪器】GES-100太阳能电池实验器。
2.2 电池板串联开路电压和短路电流。
辐照度W/m2。
太阳能电池
SC1 串联太阳能电池
SC1+SC2
串联太阳能电池
SC1+SC2+SC3
串联太阳能电池
SC1+SC2+SC3+SC4
开路电压
[mV]
短路电流
[mA]
2.3 电池板并联开路电压和短路电流。
辐照度W/m2。
太阳能电池
SC1 并联太阳能电池
SC1+SC2
并联太阳能电池
SC1+SC2+SC3
并联太阳能电池
SC1+SC2+SC3+SC4
开路电压
[mV]
短路电流
[mA]
3.太阳能电池伏安特性曲线及太阳能电池效率
3.1 电流-电压-功率测量
电流
[mA]
Min Max 电压
[mV]
功率
[mW]
3.2绘制伏安特性曲线
（示例图）。
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。
太阳能电池伏安特性
找出最大功率点对应的电阻值为最佳匹配负 载。
由
FF Pmax VocIsc
计算填充因子。
由
s
Pmax Pin
100%
计算转换效率。 Pin 为
入射到电池板上的光功率 Pin =I×S1
可编辑ppt
18
注意事项
在预热光源的时候，需用遮光罩罩住太阳 能电池 。
光源工作及关闭约1 小时期间，温度很高， 请勿触摸。
+ ++ +
-- - - -
+ ++ +
-- - - -
+ + +++ - -- - -
+ + +++ - -- - -
+ + +++ - -- - -
+ + +++ - -- - -
+ + +++
p型
耗尽区 n型
正偏 可编辑ppt
6
硅光电池--基于光伏效应
入射光
当PN结零偏或反偏
p型硅受光层
耗尽区存在一内电场
光 入射光子将把处于价带中的 照 束缚电子激发到导带
激发出的电子-空穴对在内电场作 用下分别漂移到Ｐ型区和N型区
P
E
I
n
GG
n 型硅基片层
硅光电池结构示意图
PN结两端加负载时就有光生电流流过负载
可编辑ppt
7
实验仪器
可编辑ppt
8
实验内容
1．太阳能电池的暗伏安特性测量。 2．开路电压、短路电流与光强关系的测量。 3．太阳能电池的输出特性测量。
太阳能电池伏安特性(课堂PPT)
1
➢太阳能电池的工作原理 ➢理想太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线 ➢实际太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线 ➢太阳能电池伏安特性测试和影响 因素
2
太阳能电池的工作原理
当太阳光照射到太阳能电池上并被吸收时，其中能量大于 电池吸收材料禁带宽度Eg的光子把价带中电子激发到导带 上去，形成导带电子，价带中留下带正电的空穴，即电 子——空穴对，通常称它们为光生载流子。导带电子和 价带空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区，被 该区的内建电场分离，电子被扫到电池的n型一侧，空穴 被扫到电池的p型一侧,从而在电池上下两面（两极）分别 形成了正负电荷积累，产生“光生电压”。如果在电池的 两端接上负载，在持续的太阳光照下，就会不断有电流经 过负载，这就是太阳能电池的基本工作原理。
1）最大输出功率
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
9
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。
13
太阳能电池伏安特性影响因素
（1）辐照度影响
太阳电池伏安特性曲线的体会
太阳电池伏安特性曲线的体会
今天学习了太阳电池伏安特性曲线，体会颇多。
首先我明白了太阳电池伏安特性曲线为什么前段曲线会抬头，以及后端会下降。
解释这个问题应该先看一下太阳能电池伏安测试里面的参数设置，在测试太阳电池的时候，通常是从开路电压扫到短路电流或者从短路电流扫到开路电压，理想太阳能电池符合伏安特性，可用公式表示，填充因子越高，那么伏安图就越接近于一个矩形。
第一条曲线出现了明显的上扬，这肯定是不符合常理的，可以认为是一块不理想的电池，当然要说哪里出了问题这个还得具体问题具体分析，测试的时候接触不好，电池本身性能的问题等等。
然后我了解到，填充因子和电压为什么会小。
首先填充因子，可以基本确定太阳电池的质量越差，填充因子越低，质量差的话和各种因素有关，对最大电压电流有影响的因素最重都会导致伏安特性的降低。
电压低的话也是和你电池质量相关，比如在钙钛矿太阳能电池里面、表面覆盖度低或者结晶性太差都有可能导致电压的降低。
太阳电池伏安特性曲线真的是很奇妙。
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曲线的测定(终搞)
太阳能电池伏安特性曲线的测定（终搞）太阳能电池伏安特性曲线是太阳能电池的重要参数之一，它能够直观地显示太阳能电池在不同电流下的电压表现。
因此，太阳能电池的伏安特性曲线的测定成为了太阳能电池研究、生产和应用的基础工作之一。
本文通过实验测定太阳能电池伏安特性曲线的方法和步骤，以及实验结果和分析。
实验仪器和材料· 太阳能电池：有名牌太阳能电池，光电转换效率较高。
· 电路连接板：多种型号可选，大多数型号带有直流电阻计。
· 直流稳压电源：能够提供不同电压的直流电源，电压变化不超过±1V。
· 直流电流表：能够读取电路中不同电流的电流表，量程为0~5A。
· 太阳能模拟器：能够模拟不同的太阳辐射强度，精度为±10%。
实验步骤和方法1. 准备工作将太阳能电池、电路连接板和绝缘导线等材料全部准备好。
插入直流电压表和直流电流表，确保电表连接线与电路连接板芯片排针正确对应。
2. 基本测量将太阳能电池和直流电阻计依次连接至电路连接板的芯片排针，确保连接无误。
调节直流稳压电源的电压，测量太阳能电池在不同电流下的电压值。
记录电流和电压的数据，以便后续绘制太阳能电池伏安特性曲线。
3. 强光测量将太阳能模拟器调至最大电流，使太阳能电池在强光下工作。
实验结果和分析通过实验测定太阳能电池伏安特性曲线，可以得到太阳能电池在不同电流下的电压值，并根据这些数据绘制出太阳能电池伏安特性曲线。
实验结果显示，太阳能电池伏安特性曲线呈现出一定的规律性。
当太阳能电池的电流增加时，它的电压呈现出下降的趋势，这是因为太阳能电池在工作时会产生内阻，从而使电流和电压的数值发生变化。
在实验过程中，我们还测量了太阳能电池在强光下的伏安特性曲线。
实验结果表明，太阳能电池在强光下的电压值明显高于普通条件下的电压值，这是因为太阳能电池在强光下能够产生更多的电流和电能。
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的测量.doc
太阳能电池伏安特性的测量.doc一、实验目的：1、了解太阳能电池的基本原理；3、通过实验测量太阳能电池的伏安特性曲线并进行分析。
二、实验原理：太阳能电池是将太阳能转化为电能的一种太阳能利用设备。
在太阳光的作用下，太阳能电池发生光生效应并产生电能，太阳能电池的输出电压与输出电流之间的关系称为太阳能电池的伏安特性曲线。
太阳能电池伏安特性曲线是太阳能电池输出电压与输出电流之间的关系图，通常使用交流伏特表和直流安培表来测量电池的电压和电流，以得到不同载荷时太阳能电池的电压- 电流关系曲线，该曲线的形状可通过实验来确定太阳能电池的工作状态。
太阳能电池伏安特性曲线示意图如下：在光强恒定的情况下，不同载荷的电阻大小对太阳能电池的输出电压和输出电流有影响，当载荷电阻阻值为零时，太阳能电池的输出电压为零，输出电流为短路电流。
当载荷电阻阻值无限大时，太阳能电池的输出电流为零，输出电压为开路电压。
中间某一电阻值时，太阳能电池输出电压和输出电流都达到最大值，称为最大功率点。
太阳能电池的工作状态由其伏安特性曲线决定，因为太阳能电池的特性曲线与气象条件和太阳高度角等因素有关，所以该曲线不是一个绝对的，而是在特定环境下测得的。
三、实验器材：太阳能电池板、交流伏特表、直流安培表、科学实验箱、万用表等。
四、实验步骤：1、实验前准备工作（1）检查实验仪器和仪表是否完好无损;（2）检查太阳能电池板是否损坏或污染;（3）将太阳能电池板放置在日光下，等待电池稳定工作。
2、连接测量仪器（1）使用黑色测量线和交流伏特表进行电池板的电压测量，即将黑色电缆线接在电池板的黑色负极上，将交流伏特表的“V/Ω/A”旋钮调整到位置，并将红色电缆线接到电池板的红色正极上。
3、测量电池板不同电压下的电流（1）将科学实验箱内的电阻器，通过万用表测量其阻值，确认电阻值后进行调整。
（2）将电阻器输出端与太阳能电池板相连接后，将交流伏特表调整至“V”档，读取太阳能电池板在该电阻下的输出电压。
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。
大学物理实验--太阳能电池伏安特性的测量
实验报告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×10 cm 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~0.3 μm）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p n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．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（Photov oltai c Effect, 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I p h．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，V D 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．F F 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R s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R s，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。
太阳能电池伏安特性
Pm J mVm
2）填充因子
Pm J mVm FF J sc Voc J sc Voc
3）光电转换效率
Pm J mVm （%） ，Pin 表示入射到太阳能电池 上的辐照度 Pin Pin
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
太阳能电池伏安特性影响因素
（1）辐照度影响
不同辐照强度太阳电池的J-V曲线
（2）温度的影响
太阳能电池的效率随温度的升高而下降，主要原因是电池的开 路电压随温度的升高而下降，电池的短路电流对温度不敏感， 且随温度升高略有上升
太阳能电池的伏安特性
太阳能电池的工作原理 理想太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线 实际太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线 太阳能电池伏安特性测试和影响 因素
太阳能电池的工作原理
当太阳光照射到太阳能电池上并被吸收时，其中能量大于 电池吸收材料禁带宽度Eg的光子把价带中电子激发到导带 上去，形成导带电子，价带中留下带正电的空穴，即电 子——空穴对，通常称它们为光生载流子。导带电子和价 带空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区，被该区 的内建电场分离，电子被扫到电池的n型一侧，空穴被扫 到电池的p型一侧,从而在电池上下两面（两极）分别形成 了正负电荷积累，产生“光生电压”。如果在电池的两端 接上负载，在持续的太阳光照下，就会不断有电流经过负 载，这就是太阳能电池的基本工作原理。
J sc k BT pn结两端的电压即为开路 电压Voc，Voc ln(1 ) q J0
3）外接负载，正常工作状态
理想太阳能电池伏安特性曲线
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➢太阳能电池的工作原理 ➢理想太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线
➢实际太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线
➢太阳能电池伏安特性测试和影响 因素
太阳能电池的工作原理
当太阳光照射到太阳能电池上并被吸收时，其中能量大于 电池吸收材料禁带宽度Eg的光子把价带中电子激发到导带 上去，形成导带电子，价带中留下带正电的空穴，即电 子——空穴对，通常称它们为光生载流子。导带电子和价 带空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区，被该 区的内建电场分离，电子被扫到电池的n型一侧，空穴被 扫到电池的p型一侧,从而在电池上下两面（两极）分别形 成了正负电荷积累，产生“光生电压”。如果在电池的两 端接上负载，在持续的太阳光照下，就会不断有电流经过 负载，这就是太阳能电池的基本工作原理。
理想太阳能电池的伏安特性方程
qV
J Jsc Jdark Jsc J 0(e kBT 1)
J0
qDh ni2 Lh Nd
qDe ni2 Le Na
太阳能电池
1）短路状态
当R 0时，即太阳能电池处于短路情况下，
此时V 0，J J sc
2）断路状态
当R 时，即太阳能电池出于断路情况下，此时J 0
J sh
Vsh SRsh
J (V ) J sc J dark J sh
Vsh V SJRs
实际太阳能电池的伏安特性曲线
J (V )
J sc
q[V SJ (V ) RS ]
J 0{e kBTa
V 1}
SJ (V )Rs SRsh
串联电阻Rs和并联电阻Rsh对太阳电池J-V曲线的影响
pn结两端的电压即为开路
电压Voc，Voc
kBT q
ln(1
J sc J0
)
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
通常用电流密度 J (mA / cm2 )取代电流 I
最佳工作点(最大输出功率）
描述太阳能电池的重要参数
1）最大输出功率
pn结基本结构
理想太阳能电池的等效电路图
在持续光照条件下，太 阳能电池可看成一恒流 源；黑暗条件下，太阳 能电池是一普通的二极 管，具有整流特性（单 向导电性），可得到理 想太阳能电池的等效电 路图。等效电路中恒流 源与单向导通的二极管
并联，光生电流Jsc分流
到二极管上的电流即为
Jdark,对外输出电流为J
3）在标准测试条件下测试，即大气质量AM1.5,太阳辐照度 1000W/m^2，环境温度为300K
太阳能电池伏安特性影响因素
（1）辐照度影响
不同辐照强度太阳电池的J-V曲线
（2）温度的影响
太阳能电池的效率随温度的升高而下降，主要原因是电池的开 路电压随温度的升高而下降，电池的短路电流对温度不敏感， 且随温度升高略有上升
太阳能电池伏安特性测试
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
Pm J mVm
2）填充因子
FF Pm J mVm
J V sc oc
J V sc oc
3）光电转换效率
（%）
Pm Pin
J
mVm Pin
，Pin
表示入射到太阳能电池
上的辐照度
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。