太阳能电池特性测试.ppt

实验目的
1．了解太阳能电池的原理 2．测量太阳能电池的伏安特性曲线 3．绘制太阳能电池输出功率随输出电压的变化曲线 4．测量太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输
出功率，填充因子等特性参数
实验原理
1．太阳能原理
太阳能电池就是通过半导体的内光电效应直接 把光能转化成电能的装置。目前太阳能电池应用 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、太阳能游艇、太阳能收 音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。
• 当两种半导体结合 在一起形成P-N结时， N区的电子向P区扩散， P区的空穴向N区扩散， 在P-N结附近形成空间 电荷区与势垒电场。
• 势垒电场会使载流子
向扩散的反方向作漂
移运动，最终扩散与
漂移达到平衡，使流 过P-N结的净电流为零。 • 在空间电荷区，P区 的空穴被来自N区的电 子复合，N区的电子被 来自P区的空穴复合， 使该区内几乎没有能
899.9
89.9
8.9
0.7
799.9
79.9
7.9
0.6
699.9
69.9
6.9
0.5
599.9
59.9
5.9
0.4
499.9
49.9
4.9
0.3
399.9
39.9
3.9
0.2
299.9
29.9
2.9
0.1
199.9
19.9
1.9
0
ISC
注意事项
光源正对太阳能电池板，电池板和配套光源在工作时 温度很高，切不可用手触摸，以免被烫伤,。
填充因子FF定义为：
FF= U m I m
U OC I SC
它是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要 参数，它的值越高，表明太阳能电池的光电转换效 率越高。
实验仪器
实验内容与要求
改变太阳能电池负载电阻的大小，测量输出电压、电流值，并计算 输出功率。
画出太阳能电池伏安特性曲线及输出功率随电压的变化曲线。 测出开路电压Uoc、短路电流Isc、最大输出功率Pm、最大工作电
绝不允许用水打湿太阳能电池板和配套光源，以免触 电和损坏该部件。
配套“可变负载”所能承受的最大功率是1W，只能使 用于该实验系统中。
电流表的输入电流不得超过2A，否则将烧毁电流表。 电压表的最高输入电压不得超过25V，否则将烧毁电
压表。 数据测量结束，尽快关闭光源
影响光电流的因素： 1.通过光照在界面层产生的电子-空穴对愈多，电流愈 大。 2.界面层吸收的光能愈多，界面层即电池面积愈大， 在太阳电池中形成的电流也愈大。 3.太阳能电池的N区、耗尽区和P区均能产生光生载流 子； 4.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。
压Um、最大工作电流Im，计算填充因子FF。（可用EXCEL）
接线：①将电流测量端口与可变负载串联后接入太阳能电池的输出端，
②将电压表并联到太阳能电池两端。
负载电阻 输出电压U (V) 输出电流I (mA) 功率P=U×I(mW)
RUI
பைடு நூலகம்
UIRUIRUI
∞ UOC
0.9
999.9
99.9
9.9
0.8
导电的载流子，又称 为结区或耗尽区。
光伏效应
当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子—— 空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N区 和P区，使N区有过量的电子而带负电，P区有过量的空穴而 带正电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生 伏特效应，简称光伏效应。这个电动势与光照强度有关。将 P-N结两端接入外电路，就可向负载输出电能。
将P-N结两端开路，可以测得这个电动势，称之为开路电压Uoc。对晶体 硅电池来说，开路电压的典型值为0.5～0.6V。 将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这 个电流称为短路电流Isc。
Uoc代表开路电压，Isc代表短路电流， 图中紫色线围出的面积为太阳能电池 的输出功率。与最大功率Pm对应的 电压称为最大工作电压Um，对应的 电流称为最大工作电流Im 。
太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N结， P-N结受光照射时产生光伏效应而发电
N型半导体
P型半导体
在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的 位置，就形成了N型半导体。掺入三价元素（如硼），就形成了P型半 导体。
• P型半导体中有相当 数量的空穴。N型半导
体中有相当数量的自 由电子。