太阳能光伏电池测试与分析

太阳能光伏电池测试于分析

洪小沯

一、实验目的

1、了解pn 结基本结构和工作原理；

2、了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理；

3、掌握pn 结的IV 特性及IV 特性对温度的依赖关系；

4、掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，理解光源强度、波长、环境温度等因素对太阳能 电池特性的影响；

5、通过分析PN 结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法，分析实验数据与理论结果间存在差异的原因。

二、实验原理

1、光生伏特效应

2、太阳能电池无光照情况下的电流电压关系－（暗特性）

电流电压关系为肖克莱方程：

]1)[exp(0-=T

k eV I I s 反向饱和电流为：

)exp(~)(02322/1T

k E T N n D e J g A i n n

s -≈+γτ 含有温度参数的正向电流电压关系为：

])(exp[0023T

k V V e T AJ I g -∝=+γ

显然正向电流在确定外加电压下也是随着温度升高而增大的。

3、太阳能电池光照情况下的电流电压关系（光特性）

光电流I L 在负载上产生电压降，

这个电压降可以使pn 结正偏。如图3所示，正偏电压产生正偏电

流I F 。在反偏情况下，pn 结电流为 )]1[exp(0--=-=T

k eV I I I I I S L F L

短路电流或者闭路电流I sc 。

I=I SC =I L

)]1[exp(00--==T

k eV I I I S L 开路电路电压V OC 为

)1ln(0S

L OC I I e T k V +=

4、太阳能电池的效率 太阳能电池的转换效率η定义为输出电能P m 和入射光能P in 的比值：

%100%100⨯=⨯=

in

m m in m p V I p p η

三、实验设备 设备采用整体箱式布局，所有元件都集中在一个箱体中，无外在分离结构。包括光源与太阳能电池、光路和外电路三个部分。

1、光源与太阳能电池部分

采用高压氙灯光源，高压氙灯具有与太阳光相近的光谱分布特征。光源标称功率750W 。

2、光路部分

本设备光路简洁，有光源、滤色片、光强探测器构成。滤色片用于研究近似单色光作用下太阳能的光谱响应特性。光强探测器标定入射光强度。

3、外电路

外电路包括光源驱动电路、温度控制电路和测试分析电路三部分。光源驱动电路用于氙灯的点燃和轴流风冷。温控电路用于太阳能电池片的温度控制，加热采用电阻丝加热，冷却采用两级半导体冷堆方式。可在60℃~150℃范围内对样品进行特性测量。测试分析电路提供测试分析仪表的工作电压。

四、实验内容与步骤

1、太阳能电池暗特性测试

暗特性测试不需要开启光源。 测试反偏电压V 下通过太阳能电池的电流I ；测试正向偏压下通过太阳能电池的电流I 。

汇总测试数据形成I －V 特性曲线。根据实验时间安排测量不同温度下的特性曲线。根据理想pn 结电流电压方程对正偏实验数据进行拟和。

实验结果：汇总正向偏压数据形成的I-V 特性曲线如下图：

取特性曲线上两点（3000，20000），（3300，60000）由]1)[exp(0-=T k eV I I s ，其中e

T k 0为常数，可得e

T k 0=273mV ，I S =0.34μA ，即拟合函数为]1)273[exp(34.0-=V I s 2、太阳能电池光照特性测试

（1）不加载滤色片、光强度最大条件下通过改变负载电阻来测试太阳能电池I －V 特性曲线，汇总数据形成I －V 特性曲线，然后根据特性曲线求解出开路电压V oc 、闭路电流I sc ；

（2）不加载滤色片，在两种不同光强下测量I －V 特性，得到不同光强下的I －V 特性曲线、开路电压、闭路电流数据；

（3）最大光强下，加载不同滤色片，测量I －V 特性，得到不同单色光照情况下的I －V 特性曲线、开路电压、闭路电路数据；

（4）不同温度下的重复（1）得到不同温度下I－V特性曲线、开路电压、闭路电流数据。

对比光强度、滤色片、温度对太阳能电池的I－V特性的影响，根据I－V曲线计算出不同测量参数下的最大功率矩形的值，进而计算出占空系数。

实验结果：

1. 不加载滤色片，06档光强（最大光强度）下得到的特性曲线如下图：

可以求出，开路电压V OC=2680mV，短路电流I SC=55000μA。

V m=2000mV，I m=48300μA，占空系数（I m V m/I SC V OC)=0.66

2. 不加载滤色片，03档光强下得到的特性曲线如下图

V m=2050mV，I m=26000μA，占空系数（I m V m/I SC V OC)=0.72。

3.加载710nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压V OC=2330mV，短路电流I SC=2200μA。V m=1780mV，I m=1980μA，占空系数（I m V m/I SC V OC)=0.69 4. 加载710nm滤色片，03档光强下得到的特性曲线如下图

V m=1700mV，I m=960μA，占空系数（I m V m/I SC V OC)=0.65 5. 加载770nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压V OC=2180mV，短路电流I SC=725μA。V m=1620mV，I m=600μA，占空系数（I m V m/I SC V OC)=0.61 6.加载770nm滤色片，03档光强下得到的特性曲线如下图