扬州大学物理科学与技术学院
大学物理综合实验训练论文实验名称：太阳能电池探究亮特性光照强度关系
班级：物教1201班
姓名：郑清华
学号：120801117
指导老师：李俊来
太阳能电池探究亮特性光照强度关系
物教1201 郑清华指导老师：李俊来
摘要：本文介绍了太阳能电池研究背景、实验原理等。在不同光强条件对单晶硅太阳电尺进行了测试.研究发现,当光强为3433.56—10617.33W/2
m时,开路电压随着光强的增加呈对数关系增加,短路电流几乎呈线性变化。效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。填充因子随着光强的增加减小。
关键词：太阳能电池;输出特性；光强特性。
一、研究背景
随着经济社会的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。人类对能源的需求，随着社会经济而急剧膨胀，专家估计目前每年能源总消耗量为200亿吨标准煤，并且其中90%左右为不可再生的化石能源来维持。就目前情况，全球化石能源储备只能维持100年左右。太阳能以其清洁、长久、无害等优点自然而然成为人类可持续发展不得不考虑的能源方式。太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，而地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说，如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求。太阳能是最为清洁的能源，并且不受任何地域限制，随处可取。此外，将太阳能转换为电能后，电能又是应用范围最广，输送最方便的一种能源。
太阳能一般指太阳光的辐射能量。我们知道在太阳内部无时无刻不在进行着氢转变为氦的热核反应，反应过程中伴随着巨大的能量释放到宇宙空间。太阳释放到宇宙空间的所有能量都属于太阳能的范畴。太阳能电池是目前太阳能利用的关键环节，核心概念是pn结和光生伏特效应
晶体硅太阳电池在如今的光伏市场中占据了绝对主导的地位,而且这一地位在今后很长一段时间内不会改变,因此提高晶体硅太阳电池效率,降低生产成本,
使晶体硅太阳电池能与常规能源进行竞争成为现今光伏时代的主题.太阳能是最具发展潜力的新能源。光伏发电是解决能源危机，实现能源可持续发展的重要途径之一。硅太阳能电池是当今市场的主流产品，其最高效率是24.7%，由新南威尔士大学马丁·格林教授研制的PERL单晶硅电池取得单并保持至今。继续提高转换效率十分困难，但电池的效率会随温度和光强变化而变化。因此，研究温度和光强对太阳能电池的影响是必要的。
二、太阳能光伏电池实验
（一）实验目的
1.了解pn结的基本结构与工作原理。
2.了解太阳能电池组件的基本结构，理解其工作原理。
3.掌握pn结的I-V特性（整流特性）及其对温度的依赖关系。
4.掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与测试方法，理解波长因素对太阳能电池输出特性的影响。
5.通过分析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
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，photo 光线，voltaics 电力，缩写为PV)，简称光伏。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。
1.pn结与光生伏特效应
半导体材料是一类特殊的材料。从宏观电学性质上说，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。从材料能带结构说，这类材料具有导带Ec、价带Ev和禁带Eg。温度、光照等因素可以使价带垫子跃迁到导带，改变材料的电学性质。半导体材料进行有必要的掺杂处理，调整它们的电学特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。基于半导体材料电子器件的贺信结构通常是pn结，简单地说，pn结就是p型半导体和n型半导体接触形成的基础区域。太阳能电池，本质上就是pn结。
图1 pn结形成上图为刚接触时，下图为达到平衡情况
n型半导体是在4价硅中掺入5价杂志，杂技原子与相邻原子组成共价键后，尚多余一个电子，故电子为多数载流子，5价原子称为施主杂质。杂志原子差不
多都是电离的，施主杂技电离后因失去一个电子二成为正离子。P型半导体是在4价硅中掺入3价杂质，杂技原子与相邻原子组成共价键，尚缺少一个电子，故空穴为多数载流子，3价原子称为受主杂质。杂志原子差不多都是电离的，受主杂技电离后因得到一个电子而成为负离子。
根据半导体基本理论，处于热平衡态的pn结由P区、n区和两者交界区域构成，如图1所示。刚接触时，电子由费米能级低的地方流动，空穴则相反。为了维持统一的费米能级，n区电子向P区扩散，P区内空穴向n区扩散。载流子的定向运动导致原来的电中性条件被破坏，p区累计带负电且不可移动的电离受主，n区积累带正电且不可移动的电离施主。载流子扩散运动导致在界面附近区域形成由n区指向p区的内建电场和相应的空间电荷区。显然，两者费米能级的不统一是导致电子空穴扩散的原因，电子空穴扩散又导致出现空间电荷区和内建电场。而内建电场的强度取决于空间电荷区的强度，内见电场具有组织扩散运动进一步发生的作用。当两者具有统一费米能级后扩散运动和内建电场的作用相等，p区和n区两端产生一个高度为的势垒（如图2（a））,(是n区高出p区的电位，即电位梯度，是能量梯度，称为势垒)。理想pn结模型如下，处于热平衡的pn结空间电荷区没有载流子，也没有载流子的产生与复合作用。
当有入射光垂直入射到pn结，只要pn结结深比较浅，入射光子会透过pn 结区域甚至能深入半导体内部。如果入射光子能量满足关系hvE g(E g为半导体材料的禁带宽度)，那么这些光子会被材料吸收，在pn结中产生电子空穴对。光照条件下材料体内产生电子空穴对是典型的非平衡载流子光注入作用。光生载流子在p区空穴和n区电子这样的多数载流子的浓度影响是很小的，可以忽略不计。但是对少数载流子将昌盛显著影响，如p区电子和n区空穴。在均匀半导体中光照射下也会产生电子空穴对，但它们很快就又会通过各种复合机制复合。态pn 结中情况有所不同，主要原因是存在内建电场。在内建电场的驱动下p区光生少子电子向n区运动，n区光生少子空穴向p区运动。这种作用有两方面的体现：第一是光生少子在内建电场驱动下定向运动产生电流，这就是光生电流，它由电子电流和空穴电流组成，方向都是有n区指向p区，与内建电场方向一致；第二，光生少子的定向运动与扩散运动方向相反，减弱了扩散运动的强度，pn结势垒高度降低，甚至会完全消失（如图2（b））。宏观的效果实在pn结两端产生电动势，也就是光生电动势。光生伏特小勇即是指半导体在受到光照时在向光面和背光面之间产生电动势的现象。如果构成回路就会产生电流，这种电流叫做光生电流。
从结构上说，常见的太阳能电池是一种浅结深、大面积的pn结（如图3）。太阳能电池之所以能够完成光电转换过程，核心物理效应是光生伏特效应。光照会使得pn结势垒高度降低甚至消失，这个作用完全等价于在pn结两端施加正向电压。在这种情况下的pn结就是一个光电池。将多个太阳能电池通过一定的方式进行串并联，并封装好就形成了能防风雨的太阳能电池组件（如图4，图中EV A是ethylene vinyl acetate copolymer的缩写，中文是乙烯——醋酸乙烯共聚物，PVF是polu vinyl fluoride的缩写，中文是聚氟乙烯）。
2.太阳能电池光照时的电流电压关系——亮特性
太阳能电池的亮特性是指太阳能电池在光照的条件下输出伏安特性。硅太阳
能电池的性能参数主要有：开路电压V oc 、短路电流I sc 、最大输出功率P m 、转换效率η和填充因子FF 。
光生少子在内建电场驱动下的定向运动在pn 结内部产生了n 区指向p 区的光生电流I L ，光生电动势等价于加载在pn 结上的正向电压V ，它使得pn 结势垒高度降至q （V D -V ）。理想情况下太阳能电池负载等效电路如下图，把光照下的pn 结看作一个理想的二极管和恒流源并联。恒流源的电流即为光生电流I L ，I F 为通过二极管的结电流，R L 为外加负载。可见，太阳能电池就相当于一个电源。该等效电路的物理意义是：太阳能电池光照后产生一定的光电流I L ，其中一部分用来抵消结电流I F ，另一部分供给负载的电流I 。有等效电路图可知： ????????-??? ??-=-=1exp 0T k eV S L F L I I I I I (4)
光生电流在光电池内部总是由N 区向P 区反向流动，因此太阳能电池的电流总是反向的。
根据上面的等效电路图，有两种极端情况是在太阳能电池光特性分析中必须考虑的。其一是负载电阻R L =0，这种情况下加载在负载电阻上的电压也为零，pn 结处于短路状态，此时光电池输出电流我们称之为短路电流I sc :
L
sc I I = (5) 其二是负载电阻R L →∞，外电路处于开路状态。流过负载的电流为零，根据等效电路图，光电流正好被正向结电流抵消，光电池两端电压V oc 就是所谓的开路电压。显然有 ???? ??-=T k eV I I
I o oc S L exp （6）
得到开路电压V oc 为：
S L ln 0I I e T k V OC = (7)
开路电压V oc 和短路电流I sc 是光电池的两个重要参数，实验中这两个参数分别为稳定光照下太阳能电池I-V 特性曲线与电压、电流轴的截距。不难理解，随着光照强度E 增大，太阳能电池的短路电流和开路电压都会增大，但是随光强变化的规律不同：根据半导体物理基本理论，短路电流I sc 正比于入射光强度，开路电压V oc 随着入射光强度对数增大。此外，从太阳能电池的工作原理考虑，开路电压V oc 不会随着入射光强度增大而无限增大，它的最大值是使得pn 结势垒高度为零时的电压值。换句话说，太阳能电池的最大光生电压为pn 结的势垒对应的电势差V D ，是一个材料带隙、掺杂水平等有关的值。实际情况下，开路电压值V oc 与E g /q 相当。
太阳能电池从本质上说是一个能量转换器件，它把光能转换为电能。因此讨论太阳能电池的效率是必要和重要的。根据热力学原理，我们知道任何的能量转换过程都存在效率问题，实际发生的能量转换效率不可能是100%。就太阳能电池而言，我们需要知道的是，转换效率与哪些因素有关以及如何提高太阳能电池的 转换效率。太阳能电池的转换效率η定义为最大输出功率P m 和入射光的总功率P in 的比值：
(8)
其中，I m 、V m 为最大功率点对应的工作电流、工作电压，E e 为由光探头测得的光强度（单位：W/m 2）,S 为太阳能电池片受光照射的面积（有效光照面积）。
图5为太阳能电池的输出伏安特性曲线，其中I m 、V m 在I-V 关系中构成一个矩形，叫做最大功率矩形。曲线与电流、电压轴交点分别是短路电流和开路电压。最大功率矩形取值点P m 的物理含义是太阳能电池最大输出功率点，数学上是I-V 曲线上横、纵坐标乘积的最大值点。短路电流和开路电压也形成一个矩形，面积为I sc V oc 。定义：
%100Im %100?=?=EeS Vm Pin Pm ηIscVoc
Vm FF Im =
为填充因子，图形中它是两个矩形面积的比值。填充因子反应了太阳能电池么实现功率的度量，通常德填充因子在0.5~0.8之间。
太阳能电池的转换效率是它的最重要的参数。太阳能电池本质上是一个pn 结，因而具有一个确定的禁带宽度。只有能量大于禁带宽度的入射光子才有可能激发光生载流子并继而发生光电转化。因此入射到太阳能电池的太阳光只有光子能量高于禁带宽度的部分才会实现能量的转化。太阳能电池效率损失的原因主要有：电池表明反射、电子和空穴在光敏感层之外由于重组而造成的损失，以及光敏层的厚度不够等因素。综合来看，单晶硅太阳能电池的最大量子效率的理论值大约是40%。实际上，大规模生产的太阳能电池的效率还达不到理论极限的一半，只有百分之十几。
(三）实验设备
本仪器定位于探究性实验系统，除可以测量配套的样件以外，实验者还可以利用本系统测量其自制电池片组件。系统主要包括：氙灯电源、光源、测试、配套软件、USB通信线、电池片组和滤光片组。
一起组成：测试主机、氙灯电源、氙灯光源、滤光片组和电池片组。实验操作和显示由计算机软件来完成。整机图片（图8）和仪器构成示意图（图9）如下：
1.光路部分
本设备光路简洁，由氙灯光源、凸透镜、滤光片构成。
2.测试主机
（1）面板介绍：（见下图10）
紧急停机按钮：直接按下为关，顺时针旋转自动归位
关机按钮：正常关机按钮
开机按钮：正常开机按钮
PC接口：与计算机通信的USB接口
光源同信接口：与氙灯电源通信，接收氙灯光源的状态信息（暂未使用）故障指示灯：红色闪烁表示有故障，绿色表示工作正常
工作状态指示灯：红色闪烁表示腔内温度调整中，绿色表示未进行温度调整电源指示灯：红色闪烁表示关机中，红色表示工作正常。
（2）电路部分
电路部分包括温度控制电路和测试电路两个部分。温控电路用于太阳能电池片所在的控温室的温度控制，在一定范围内，可使控温室达到指定温度。测试电路用于太阳能电池片各性能的数据，该电路将测得的数据传送给计算机，由计算机进行数据的处理和显示。
（3）控温室
给太阳能电池片提供一个-10℃~40摄氏度的恒温测试环境。
3.氙灯电源与氙灯光源
（1）氙灯电源：氙灯电源用于氙灯的点燃、轴流风冷以及光源腔体内除湿。面板介绍：（见下图11）
紧急停机按钮：直接按下为关，顺时针选转自动归位
关机按钮
开机按钮
光源通信接口：与测试主机通信，传送氙灯光源的状态信息（暂未使用）光强选择档位：从1档到6档光强逐渐增大
故障指示灯：红色闪烁表示有故障，绿色表示仪器工作正常、
工作状态指示灯：红色闪烁表示腔内温度调整中，绿色表示未进行温度调整。
电源指示灯：红色闪烁表示关机中，红色表示正常工作。
（2）氙灯光源
采用高压氙灯光源，高压氙灯具有太阳光相近的光谱分布特征。光源功率750W，出射光孔径为50nm；氙灯启动过程中有3分钟的腔体除湿，防止因空气湿度过大氙灯不能正常启动。启动过程中，光强档位必须放置在第6档才能启动，若光强档位选择不是第6档，会出现短促的报警声，此时只需把光强档位调整到第六档即可正常启动。实验时氙灯点亮后约30分钟稳定后再使用。
4.滤光片组
滤色片用于研究近似单色光作用下太阳能电池的光谱响应特性。滤光片共8种，中心波长分别为395nm、490nm、570nm、660nm、710nm、770nm、900nm、1035nm。
5.太阳能电池片组
（1）太阳能电池片组包括单晶硅、多晶硅和非晶硅，均采用普通商用硅太阳能电池片。本实验室在用的各组件的有效受光面积有30mm×30mm和28mm ×25mm两种。
（2）在光照特性实验中，光强探测器用于测定入射光强度，已通过标准光功率计进行标准；在光谱特性实验中，光强探测器的光谱曲线是已知的。本实验室在用的光强探测器的有效受光面积有5.7mm×5.7mm和2.5mm×3.0mm两种。（四）实验内容与步骤
1.内容：
温度控制在25℃，测量不同光强档位下太阳能电池片的I-V、P-V输出特性；研究开路电压、短路电流、填充因子和转换效率随光强如何变化。
2.实验步骤：（1）氙灯光源置于1档位，测量单晶硅电池片在全光谱照射下的
I-V、P-V输出特性，记录开路电压、短路电流和最大输出功率，计算填充因子。
（2）依次调节档位2~6档，重复以上步骤。绘制单晶硅在不同光强下的I-V、P-V曲线，试说明随着光强的变化，其输出特性如何变化？为什么？
根据各光强Ee下得到的单晶硅电池片的开路电压Voc、短路电流Isc、最大输出功率Pm、转换效率η和填充因子FF。绘制Voc-Ee、Isc-Ee、Pm-Ee、η
-Ee、FF-Ee关系曲线。试说明这些参数与光强之间的关系。
（五）注意事项
1.氙灯光源
（1）机箱内有高压，非专业人员请勿打开，否则易造成触电危险。
（2）机箱表面温度较高，请勿触摸，避免烫伤。
（3）请勿遮挡机箱上下进出风口，否则可能造成仪器损坏。
（4）氙灯工作时，请勿直视氙灯，避免伤害眼睛。
（5）眼睛向机箱内丢杂物。
（6）为保证使用安全，三芯电源线需可靠接地。
（7）仪器在不用时请与外电网相连的插头拔下。
2.氙灯电源
（1）为保证使用安全，三芯电源线需可靠接地。
（2）仪器在不用时请与外电网相连的插头拔下。
（3）氙灯启动时氙灯光强选择旋钮必须放到第6档，否则可能无法电亮氙灯。
（4）关机时，按下关机按钮15秒内氙灯未熄灭，说明仪器出现故障，应按下紧急开关按钮。
3.测试主机
（1）风扇在高速旋转时，严禁向内丢弃杂物。
（2）实验时请关闭顶盖，关闭顶盖是应注意安全，不要夹到手指。
（3）为保证使用安全，三芯电源线需可靠接地。
（4）请勿遮挡机箱风扇进出风口，否则可能造成仪器损坏。
（5）一起在不用时请将与外电网相连的插头拔下。
（6）温控开启后，若发现制冷腔散热器风扇未转应按下紧急开关按钮，待修。
4.实验配件
（1）太阳能电池板组件为易损部件，应避免挤压的跌落。
（2）光学镜头要注意防尘，注意不要刮伤表面。使用完毕后，应包装好置于镜头盒内。滤光片在强光下连续工作应小于30分钟，否则将损坏滤光片。
（六）实验结果及数据处理
1.不同档位的开路电压、短路电流和最大输出功率。
2.计算得不同档位的填充因子和转换效率
3.绘制单晶硅在不同光强下的I-V、P-V曲线
4绘制Voc-Ee、Isc-Ee、Pm-Ee、η-Ee、FF-Ee关系曲线。
（七）实验结论
当光强为3433.56—10617.33W/时，随着光照强度E增大，太阳能电池的短路电流增大，短路电流Isc正比于入射光强度。短路电流等于光生电流。光强=nhv,n为光子数，如果入射光子能量大于等于半导体的禁带宽度，那么这些光子就会被材料吸收，在PN结产生电子空穴对。尽管光生载流子对多数载流子影响很小，但是对少数载流子产生显著影响。主要体现就是光生少子，在内建电场驱动下定向产生电流，即光生电流，并且定向运动与扩散运动相反，减弱了扩散运动的强度，PN结势垒高度降低，而光子数的增加也会加剧这种影响，进而使得光生电流增大，即短路电流也增大。
随着光照强度E增大，开路电压Voc随着入射光强度对数增大。此外，从太阳能电池的工作原理考虑，开路电压Voc不会随着入射光强度增大而无限增大，它的最大值是使得pn结势垒高度为零时的电压值。换句话说，太阳能电池的最大光生电压为pn结的势垒对应的电势差VD，是一个材料带隙、掺杂水平等有关的值。实际情况下，开路电压值Voc与Eg/q相当。
最大输出功率随光强增大而增大。由于光强变化的速度快与Pm，效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。
填充因子随着光强的增加减小。
三、小结
本次实验测量同一温度下，单晶硅电池片在全光谱照射下的I-V、P-V输出特性，研究开路电压、短路电流、填充因子和转换效率随光强如何变化。通过本次实验了解到了太阳能电池目前的发展现状、太阳能电池的基本工作原理，增强了数据收集与处理的能力，也锻炼了撰写论文的能力。
四、致谢
感谢李俊来老师在实验过程及论文编写方面的悉心指导。
五、参考文献
[1]吴国盛太阳能电池的温度和光强特性研究
[2]太阳能光伏电池实验（实验指导及操作说明书）
国际标准IEC61427 第2版 2005.5 光伏太阳能系统（PVES） 储能二次电池和电池组 ―――一般要求和试验方法
目录前言 1．适用范围 2．标准性参考文献 3．术语和定义 4．使用条件 4．1光伏能源系统 4．2二次电池和电池组 4．3通用运行条件 5．一般要求 5．1机械耐受性 5．2充电效率 5.3深放电保护 5．4标记 5．5安全 5．6文件 6．功能特性 7．通用试验条件 7．1测量仪表精度 7．2测试样品的准备和维护 8．试验方法 8．1容量实验 8．2循环耐久试验 8．3荷电保持试验 8．4光伏用途循环耐久试验（极端条件）9．试验的推荐采用 9．1型式试验 9．2验收试验
前言 1）国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission――IEC）是一个全球性的、包括所有国家的电工技术委员会（IEC国家委员会）的标准化组织。 IEC的目的是推进所有电气和电子领域有关标准化方面的国际合作。为此目的，除了其它的活动之外，IEC出版国际标准、技术规范、技术报告、公开可获得的规范和指导（下称IEC出版物）。出版物的准备都是委托各技术委员会进行；任何IEC 国家委员会对于所涉及的出版物感兴趣都可以参加准备工作。在出版物的准备过程中，与IEC有联系的国际的、政府的和非政府组织也可以参加。IEC与国际标准化组织（International Organization for Standardization---ISO）按照两个组织一致同意的条件密切合作。 2）IEC对于技术问题所作出的结论和决议都尽可能地代表了相关问题国际上的一致意见，因为每一个技术委员会都有来自所有感兴趣的IEC国家委员会的代表。 3）IEC出版物的形式为国际上推荐采用，而且在这个意义上也已被IEC各国家委员会所接受。尽管已经尽力做到IEC出版物的技术内容准确无误，但IEC不能对其使用的方式或最终用户的误解负责。 4）为了促进国际上的一致性，所有IEC国家委员会都承诺在其国家的或地区的出版物中尽最大可能的明确使用IEC出版物。IEC出版物和国家的或地区的出版物之间的任何差异都需要在后者的出版物中予以明确标明。 5）IEC不提供其认可的程序，也不对任何声称符合IEC出版物的设备负责。 6）所有用户都应确保他们所持有的是最新版本。 7）对于由于使用或信任本出版物或其它IEC出版物所导致的任何人身伤害、财产损失或其它任何性质的损害――不论是直接的还是间接地――或者其它的费用（包括法律费用）和开销，都与IEC或其经理、雇员、服务人员或代理――包括个体的专家和技术委员会以及IEC国家委员会的委员无关。 8）注意该出版物引用的参见标准。对于正确使用本出版物，使用这些参见出版物是必须的。 9）注意本出版物的某些内容可能是专利权的标的。IEC没有责任标明任何或所有这些专利权。 IEC61427标准由IEC21技术委员会――二次电池和电池组――准备。 该第2版取代了1999年公布的第一版。该版本包括了一些技术方面的修改。 第二版在该文件第一版本的基础上重新组织，在使用条件、一般要求、功能特性、通用试验条件、试验方法以及试验的推荐采用等方面更加清晰，目的是让最终用户更容易理解。试验方法在两种不同的技术――铅酸和镍镉――方面都给予了详细清楚地解释。 该标准的内容以下述文件为基础： 关于该标准的批准投票详细情况可以在上表中示出的投票报告中去查找。 该出版物的起草根据ISO/IEC Directive Part2进行。
太阳能电池基本特性测定实验 太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。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FF 3. 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nKT q =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。 电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。 光电流示意图 太阳能电池的基本技术参数除短路电流SC I 和开路电压OC U 外, 还有最大输出功率max P 和填充因子FF 。最大输出功率max P 也就是IU 的最大值。填充因子FF 定义为 OC SC U I P FF m ax = (2) FF 是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。FF 值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。
硅光电池特性测试实验报告 系别：电子信息工程系 班级：光电08305班 组长：祝李 组员：贺义贵、何江武、占志武 实验时间：2010年4月2日 指导老师：王凌波 2010.4.6
目录 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、注意事项 六、实验步骤 七、实验数据及分析 八、总结
一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理 2、学习掌握硅光电池的基本特性 3、掌握硅光电池基本特性测试方法 4、了解硅光电池的基本应用 二、实验内容 1、硅光电池短路电路测试实验 2、硅光电池开路电压测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 4、硅光电池伏安特性测试实验 5、硅光电池负载特性测试实验 6、硅光电池时间响应测试实验 7、硅光电池光谱特性测试实验 设计实验1：硅光电池光控开关电路设计实验 设计实验2：简易光照度计设计实验 三、实验仪器 1、硅光电池综合实验仪 1个 2、光通路组件 1只 3、光照度计 1台 4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 6、三相电源线 1根 7、实验指导书 1本 8、20M 示波器 1台 四、实验原理 1、硅光电池的基本结构 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。 零偏反偏正偏 图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合
太阳能电池基本特性测定实验 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。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23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。 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。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解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物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线； UI U I曲线图；并测量太阳能变化关系，画出2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，对IUP FF；及填充因子电池的短路电流、开路电压、最大输出功率SCaxOCm IU L的关系，求出它们的近似函数关系。与光照度 3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SCOC 【实验仪器】 白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关 连接导线若干 供参考． 】【实验原理 区，pn区流向结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由太阳光照在半导体
太阳能光伏电池标准I E C61427-2005(中 文版)
国际标准 IEC 61427 第2版 2005.5 光伏太阳能系统（PVES） 储能二次电池和电池组 ―――一般要求和试验方法
目录前言 1．适用范围 2．标准性参考文献 3．术语和定义 4．使用条件 4．1 光伏能源系统 4．2 二次电池和电池组 4．3 通用运行条件 5．一般要求 5．1 机械耐受性 5．2 充电效率 5.3 深放电保护 5．4 标记 5．5 安全 5．6 文件 6．功能特性 7．通用试验条件 7．1 测量仪表精度 7．2 测试样品的准备和维护 8．试验方法 8．1 容量实验 8．2 循环耐久试验 8．3 荷电保持试验 8．4 光伏用途循环耐久试验（极端条件）9．试验的推荐采用 9．1 型式试验 9．2 验收试验
前言 1）国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission――IEC）是一个全球性的、包括所有国家的电工技术委员会（IEC国家委员会）的标准化组织。 IEC的目的是推进所有电气和电子领域有关标准化方面的国际合作。为此目的，除了其它的活动之外，IEC出版国际标准、技术规范、技术报告、公开可获得的规范和指导（下称IEC出版物）。出版物的准备都是委托各技术委员会进行；任何IEC国家委员会对于所涉及的出版物感兴趣都可以参加准备工作。在出版物的准备过程中，与IEC有联系的国际的、政府的和非政府组织也可以参加。IEC与国际标准化组织（International Organization for Standardization ---ISO）按照两个组织一致同意的条件密切合作。 2）IEC对于技术问题所作出的结论和决议都尽可能地代表了相关问题国际上的一致意见，因为每一个技术委员会都有来自所有感兴趣的IEC国家委员会的代表。 3）IEC出版物的形式为国际上推荐采用，而且在这个意义上也已被IEC各国家委员会所接受。尽管已经尽力做到IEC出版物的技术内容准确无误，但IEC不能对其使用的方式或最终用户的误解负责。 4）为了促进国际上的一致性，所有IEC国家委员会都承诺在其国家的或地区的出版物中尽最大可能的明确使用IEC出版物。IEC出版物和国家的或地区的出版物之间的任何差异都需要在后者的出版物中予以明确标明。 5）IEC不提供其认可的程序，也不对任何声称符合IEC出版物的设备负责。
太阳能电池基本特性测定 目前人类所消耗的能源的70％来自煤、石油、天然气等化石燃料，在现有技术条件下，化石能源的大量使用给地球环境造成了严重危害，使人类生存空间受到了极大的威胁。科学家预言，尽管化石燃料能源未来仍将占有相当大比重，但其一统天下的局面将逐渐结束（地球上２亿年形成的化石燃料，大体只够人类使用300余年），可再生的清洁能源可望撑起未来世界能源供给的半壁江山。 太阳能的利用和研究是21世纪新型能源开发的重点课题之一。太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。目前硅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。太阳能是一种清洁、“绿色”能源。因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。 一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理。 2、学习掌握硅光电池的基本特性及其测试方法。 3、了解硅光电池的基本应用。 二、实验仪器 1.光功率计 2.测试仪 3.光源 4.光电二极管（用专用连接线与光功率计相连接） 5.样品架（用于放置光电二极管传感器，以及待测太阳能电池样品，含遮光罩） 6. 导轨 7.单晶硅样品 7.多晶硅样品 图1 太阳能电池特性测试仪
1、太阳能电池:单晶硅和多晶硅各1块：60×60mm 2，有效面积50×45mm 2 ，开路电压不低于4V ，闭路电流不小于15mA ；2、光功率计:三位半数显，量程200uw 、2mw 和20mW 三档，数字按键档位切换；光功率计传感器采用高灵敏度光电二极管；3、精密电阻负载：0～99999.9Ω；4、测试仪:电压表：2.000V 和20.00V 两档；电流表：2.000mA 和200.0mA 两档；0-5V 可调直流电源，带限流输出功能；5、光源功率：100W ；6、导轨：长75cm ； 三、实验原理 太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为： )1(-=U o e I I β (1) (1)式中，Ｉ为通过二极管的电流，o I 和β是常数，o I 为反向饱和电流。 由半导体理论，二极管主要是由能隙为E C －E V 的半导体构成，如图2所示。E C 为半导体电带，E V 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的 假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻R Sh 与一个电阻R S 所组成，如图3所示。 图3中，I Ph 为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，I d 为光照时,通过太阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得： 0)(=---+sh d ph s R I I I U IR (2) （2）式中，I 为太阳能电池的输出电流，U 为输出电压。由（1）式可得， d sh ph sh s I R U I R R I --=+ )1( (3)
国际标准 IEC 61427 第2版 2005.5 光伏太阳能系统（PVES） 储能二次电池和电池组 ―――一般要求和试验方法
目录前言 1．适用范围 2．标准性参考文献 3．术语和定义 4．使用条件 4．1 光伏能源系统 4．2 二次电池和电池组 4．3 通用运行条件 5．一般要求 5．1 机械耐受性 5．2 充电效率 5.3 深放电保护 5．4 标记 5．5 安全 5．6 文件 6．功能特性 7．通用试验条件 7．1 测量仪表精度 7．2 测试样品的准备和维护 8．试验方法 8．1 容量实验 8．2 循环耐久试验 8．3 荷电保持试验 8．4 光伏用途循环耐久试验（极端条件）9．试验的推荐采用 9．1 型式试验 9．2 验收试验
前言 1）国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission――IEC）是一个全球性的、包括所有国家的电工技术委员会（IEC国家委员会）的标准化组织。 IEC的目的是推进所有电气和电子领域有关标准化方面的国际合作。为此目的，除了其它的活动之外，IEC出版国际标准、技术规范、技术报告、公开可获得的规范和指导（下称IEC出版物）。出版物的准备都是委托各技术委员会进行；任何IEC 国家委员会对于所涉及的出版物感兴趣都可以参加准备工作。在出版物的准备过程中，与IEC有联系的国际的、政府的和非政府组织也可以参加。IEC与国际标准化组织（International Organization for Standardization ---ISO）按照两个组织一致同意的条件密切合作。 2）IEC对于技术问题所作出的结论和决议都尽可能地代表了相关问题国际上的一致意见，因为每一个技术委员会都有来自所有感兴趣的IEC国家委员会的代表。 3）IEC出版物的形式为国际上推荐采用，而且在这个意义上也已被IEC各国家委员会所接受。尽管已经尽力做到IEC出版物的技术内容准确无误，但IEC不能对其使用的方式或最终用户的误解负责。 4）为了促进国际上的一致性，所有IEC国家委员会都承诺在其国家的或地区的出版物中尽最大可能的明确使用IEC出版物。IEC出版物和国家的或地区的出版物之间的任何差异都需要在后者的出版物中予以明确标明。 5）IEC不提供其认可的程序，也不对任何声称符合IEC出版物的设备负责。 6）所有用户都应确保他们所持有的是最新版本。 7）对于由于使用或信任本出版物或其它IEC出版物所导致的任何人身伤害、财产损失或其它任何性质的损害――不论是直接的还是间接地――或者其它的费用（包括法律费用）和开销，都与IEC或其经理、雇员、服务人员或代理――包括个体的专家和技术委员会以及IEC国家委员会的委员无关。 8）注意该出版物引用的参见标准。对于正确使用本出版物，使用这些参见出版物是必须的。 9）注意本出版物的某些内容可能是专利权的标的。IEC没有责任标明任何或所有这些专利权。 IEC 61427 标准由IEC 21 技术委员会――二次电池和电池组――准备。 该第2版取代了1999年公布的第一版。该版本包括了一些技术方面的修改。 第二版在该文件第一版本的基础上重新组织，在使用条件、一般要求、功能特性、通用试验条件、试验方法以及试验的推荐采用等方面更加清晰，目的是让最终用户更容易理解。试验方法在两种不同的技术――铅酸和镍镉――方面都给予了详细清楚地解释。 该标准的内容以下述文件为基础： 关于该标准的批准投票详细情况可以在上表中示出的投票报告中去查找。 该出版物的起草根据ISO/IEC Directive Part 2 进行。
扬州大学物理科学与技术学院 大学物理综合实验训练论文实验名称：太阳能电池探究亮特性光照强度关系 班级：物教1201班 姓名：郑清华 学号：120801117 指导老师：李俊来
太阳能电池探究亮特性光照强度关系 物教1201 郑清华指导老师：李俊来 摘要：本文介绍了太阳能电池研究背景、实验原理等。在不同光强条件对单晶硅太阳电尺进行了测试.研究发现,当光强为3433.56—10617.33W/2 m时,开路电压随着光强的增加呈对数关系增加,短路电流几乎呈线性变化。效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。填充因子随着光强的增加减小。 关键词：太阳能电池;输出特性；光强特性。 一、研究背景 随着经济社会的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。人类对能源的需求，随着社会经济而急剧膨胀，专家估计目前每年能源总消耗量为200亿吨标准煤，并且其中90%左右为不可再生的化石能源来维持。就目前情况，全球化石能源储备只能维持100年左右。太阳能以其清洁、长久、无害等优点自然而然成为人类可持续发展不得不考虑的能源方式。太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，而地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说，如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求。太阳能是最为清洁的能源，并且不受任何地域限制，随处可取。此外，将太阳能转换为电能后，电能又是应用范围最广，输送最方便的一种能源。 太阳能一般指太阳光的辐射能量。我们知道在太阳内部无时无刻不在进行着氢转变为氦的热核反应，反应过程中伴随着巨大的能量释放到宇宙空间。太阳释放到宇宙空间的所有能量都属于太阳能的范畴。太阳能电池是目前太阳能利用的关键环节，核心概念是pn结和光生伏特效应 晶体硅太阳电池在如今的光伏市场中占据了绝对主导的地位,而且这一地位在今后很长一段时间内不会改变,因此提高晶体硅太阳电池效率,降低生产成本, 使晶体硅太阳电池能与常规能源进行竞争成为现今光伏时代的主题.太阳能是最具发展潜力的新能源。光伏发电是解决能源危机，实现能源可持续发展的重要途径之一。硅太阳能电池是当今市场的主流产品，其最高效率是24.7%，由新南威尔士大学马丁·格林教授研制的PERL单晶硅电池取得单并保持至今。继续提高转换效率十分困难，但电池的效率会随温度和光强变化而变化。因此，研究温度和光强对太阳能电池的影响是必要的。 二、太阳能光伏电池实验 （一）实验目的 1.了解pn结的基本结构与工作原理。 2.了解太阳能电池组件的基本结构，理解其工作原理。
绪论 一实验目的 本实验课程的目的，旨在通过课内实验教学，使学生掌握太阳能发电技术方面的基本实验方法和实验技能，帮助和培养学生建立利用所学理论知识测试、分析和设计一般光伏发电电路的能力，使学生巩固和加深太阳能发电技术理论知识，为后续课程和新能源光伏发电技术相关专业中的应用打好基础。 二实验前预习 每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。三注意事项 1、实验开始前，应先检查本组的仪器设备是否齐全完备，了解设备使用方法及线路板的组成和接线要求。 2、实验时每组同学应分工协作，轮流接线、记录、操作等，使每个同学受到全面训练。 3、接线前应将仪器设备合理布置，然后按电路图接线。实验电路走线、布线应简洁明了、便于测量。 4、完成实验系统接线后，必须进行复查，按电路逐项检查各仪表、设备、元器件的位置、极性等是否正确。确定无误后，方可通电进行实验。 5、实验中严格遵循操作规程，改接线路和拆线一定要在断电的情况下进行。绝对不允许带电操作。如发现异常声、味或其它事故情况，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。 6、测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。使用仪器仪表要符合操作规程，切勿乱调旋钮、档位。注意仪表的正确读数。． 7、未经许可，不得动用其它组的仪器设备或工具等物。 8、实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可拆除线路。最后，应清理实验桌面，清点仪器设备。 9、爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。 10、自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。 四实验总结 每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括： 1．实验目的； 2．实验仪器设备（名称、型号）； 3．实验原理； 4．实验主要步骤及电路图； 5．实验记录（测试数据、波形、现象）； 6．实验数据整理（按每项实验的实验报告要求进行计算、绘图、误差分析等）；．回答每项实验的有关问答题。7．
太阳能电池板标准测试方法（模拟太阳能光） 一、开路电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为开路电压； 二、短路电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为短路电流； 三、工作电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，正负极并联一个相对应的电阻，（电阻 值的计算：R=U/I），测试值为工作电压； 四、工作电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，串联一个相对应的电阻，（电阻值的计算：R=U/I），测试值为工作电流。 问:太阳能电池板在阴天或日光灯下能产生电吗? 答:准确的说法是产生很小的电流.基本上可以说是忽略不计. 问:在白炽灯下或阳光下能产生多大电流? 答:在白炽灯下距离远近都是有差别的.同样阳光下上午,中午,下午,产生的电流也是不同的. 问:太阳能测试标准是什么?在白炽灯下多大灯泡多远距离测试算标准呢? 答:太阳能测试标准光照强度为:40000LUX,温度:25度.我们做过测试一般白炽灯100W, 距离0.5-1CM,这样测试和标准测试相差不大. 问:太阳能电池板寿命是多长时间? 答:一般封装方式不同使用寿命会不同,一般钢化玻璃/铝合金外框封装寿命20年以上. 环氧树脂封装15年以上. 问:为什么太阳能电池在太阳底下和出厂测试参数不同? 答: 99%工厂用流明计测出的是光通量的数值.但是实际上太阳能电池板是根据照度来 转换电能的，照度越强功率值越大 迅速增长的太阳能产业对太阳能电池及电池板测试有极为紧迫的需要。如今的解决方 案大体又有两种：一是全套专用的系统，二是利用现有标准化仪器及软件进行系统 集成。集成的方案能建造更低成本的测试系统，并可根据测试要求的变化修改测试系统。例如，如果您的测试要求更高精度或更宽电流范围，需要更换的就只是测试系统 中的个别仪器，而不是整个系统。此外，标准化的硬件和软件也可用于其它的测试系统。太阳能电池在研发、质量保证和生产中都需要测试。虽然对于不同的行业和应用，
太阳能光伏电池特性实验研究 太阳能光伏电池的输出具有非线性，这种非线性受到外部环境（包括日照强度、温度等）以及本身技术指标（如输出阻抗）的影响，从而使得太阳能电池的输出功率发生变化，其实际转换效率受到一定限制。因此，对太阳能光伏电池输出特性的研究成为了一个重要课题[1]。与跟踪式太阳能光伏系统相比，固定式太阳能光伏系统有着结构简单、成本低廉等优点。太阳能光伏电池表面温度将随辐射能的增强而升高，在一定程度上影响了太阳能电板的输出功率。本文主要对固定式单晶硅太阳能电池输出功率等进行了实验研究。 1、理论分析 理想的太阳能电池可以看做是一个产生光生电流I ph 的恒流源与一个处于正向偏置的二极管并联，如图1所示。如果负载R L 短路了，电路只有光生电流I ph ，光强越强，电子-空穴对的产生率越高，光生电流I ph 越大，即短路电流I sc 为： sc ph I I =- （1） I I 图1 理想太阳能电池等效电路[2] 如果负载R L 不短路，那么P-N 结内流过的电流I d 方向与光生电流方向相反，会抵消部分光生电流，使少数载流子注入和扩散。太阳能电池输出的净电流I 是光生电流I ph 和二极管电流I d 之差，故太阳能电池的光伏I-V 特性可表示为： ph d ph exp 1O qV I I I I I nkT ?? ??=-=-- ?????? ? （2） 式中：I o ——反向饱和电流；n ——理想因子，由半导体材料和制造技术决定， n=1~2；V ——二极管电压；k ——波尔兹曼常数；q ——电子电量；T ——二极管绝对温度。 当电流I =0时，这意味着产生的光生电流I ph 正好等于光电压V oc 产生的二极管电流I d ，即I ph =I d 。从式（2）可得出V oc 为： ph 01OC I nkT V In q I ?? =+???? （3）
硅光电池基本特性的研究 太阳能是一种清洁能源、绿色能源，许多国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究和利用。硅光电池是一种典型的太阳能电池，在日光的照射下，可将太阳辐射能直接转换为电能，具有性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，转换效率高，能耐高温辐射等一系列优点，是应用极其广泛的一种光电传感器。因此，在普通物理实验中开设硅光电池的特性研究实验，介绍硅光电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 [实验目的] 1．测量太阳能电池在无光照时的伏安特性曲线； 2.测量太阳能电池在光照时的输出特性，并求其的短路电流I SC、开路电压 U OC、最大FF 3.测量太阳能电池的短路电流I及开路电压U与相对光强J /J0的关系，求出它们的近似函数关系； [实验原理] 1、硅光电池的基本结构 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。 零偏反偏正偏 图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P 型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。当PN 结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，
太阳能电池基本特性测定实验 目对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。太阳能是一种新能源， 一是利利用太阳能发电目前有两种方法，前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究二是太阳能电池。用热能产生蒸气驱动发电机发电，为此，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。是21 世纪的热门课题，介绍太阳能电池的电学性质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，联系科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，和光学性质，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【无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线1. IPU FF、开路电压及填充因子、最大输出功率2. 测量太阳能电池的短路电流SCaxmOC IJJU的关系，求出它与相对光强3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SC0OC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, 在没有光照时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。UI的关系为可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流qU???? 1?I?Ie nKT (1) ??0??In qK,1。是二极管的反向饱和电流,是玻尔兹曼常量是理想二极管参数,理论值为其中0q T为热力学温度。（可令）为电子的电荷量,??nKT EEE?由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为的半导体所构成。CVC E当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸为半导体价电带。为半导体导电带，V空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一电子-收，并产生电子-空穴对。 现象称为光伏效应。 光电流示意图 IPU, 和外太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压还有最大输出功率 SCaxOCm P IUFFFF。最大输出功率也就是定义为的最大值。填充因子填充因子axm P?FF max (2) UI OCSC FFFF,说明太阳能电池对光的利用值越大是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。率越高。 】【实验内容及步骤U?I特性（直流偏压从1.在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的V00?3.））设计测量电路图，并连接。（1 1 图q I UI?I?U的值。和曲线并求出常数关系数据，利用测得的正向偏压时（2）画出??0nKT 注意此时光源到太阳能电池距在不加偏压时，用白色光照射，测量太阳能电池一些特性。2.cm20
太阳能电池计算 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
单晶硅太阳能电池板，铝合金边框，钢化玻璃面板拍前请确认货期。 详细参数： 多晶硅太阳能板100W 可充12V/24V 净重：11KGS 工作电压： 工作电流： 开路电压： 短路电流： 蓄电池：24V/12V 二、产品特点： 采用平均转换效率在15%以上的优质单晶硅太阳电池单片，具有优良的弱光响应性能，符合IEC61215和电气保护II级标准。太阳能电池转换效率高。而且太阳能电池板阵列一次性性能佳。 太阳能电池板阵列的表面采用高透光绒面钢化玻璃封装，气密性、耐候性好，抗腐蚀。 阳极氧化铝边框：机械强度高，具有良好的抗风性和防雹性，可在各种复杂恶劣的气候条件下使用，便于安装。 太阳能电池板在制造时，先进行化学处理，表面做成了一个象金字塔一样的绒面，能减少反射，更好地吸收光能。
采用双栅线，使组件的封装的可靠性更高。 太阳能电池板阵列抗冲击性能佳，符合IEC国际标准。 太阳能电池板阵列层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料，组件气密性好，抗潮，抗紫外线好，不容易老化。 直流接线盒：采用密封防水、高可靠性多功能ABS塑料接线盒，耐老化防水防潮性能好；连接端采用易操作的专用公母插头，使用安全、方便、可靠。 带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。 工作温度：-40℃～+90℃ 使用寿命可达20年以上，衰减小于20%。 三、问题集锦： 1、什么是太阳能电池 答：太阳能电池是基于半导体的光伏效应将太阳辐射直接转换为电能的半导体器件。现在商品化的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池，目前还有碲华镉电池、铜铟硒电池、纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜太阳能电池及有机太阳能电池等。 晶体硅（单晶、多晶）太阳能电池需要高纯度的硅原料，一般要求纯度至少是%，也就是一千万个硅原子中最多允许2个杂质原子存在。硅材料是用二氧化硅（SiO2，也就是我们所熟悉的沙子）作为原料，将其熔化并除去杂质就可制取粗级硅。从二氧化硅到太阳能电池片，涉及多个生产工艺和过程，一般大致分为：二氧化硅—>冶金级硅—>高纯三氯氢硅—>高纯度多晶硅—>单晶硅棒或多晶硅锭—>硅片—>太阳能电池片。
实验目的 1. 测量不同照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压U 0和短路电流I s 。 2. 在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率P 和负载电阻R 的函数关系。 3. 确定太阳能电池的最大输出功率P max 以及相应的负载电阻R max 和填充因数。 原理 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（如图1）。那些在 pn 结附近n 区中产生的少数载流子由于浓度梯度而要扩散。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，存在一空间电流区，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。只有p 区的光生电子和n 区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向n 区，光生空穴被拉向p 区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在n 区边界附近有光生电子积累，在p 区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡pn 结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由p 区指向n 区。这一现象称为光伏效应（Photovoltaic effect ）。 图1 太阳能电池的工作原理 太阳能电池的工作原理是基于光伏效应的。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 s 。同时，由于pn 结二极管的特性，存在正向二级管电流I D ，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 为两个电流之差： )()(D S U I ΦI I -= （1） 如果连接一个负载电阻R ，电流I 可以被认为是两个电流之差，即取决于辐照度Φ的 负方向电流I s ，以及取决于端电压U 的正方向电流I D 。 由此可以得到太阳能电池伏安特性的典型曲线（见图2）。在负载电阻小的情况下，太阳能电池可以看成一个恒流源，因为正向电流I D 可以被忽略。在负载电阻大的情况下，太阳能电池相当于一个恒压源，因为如果电压变化略有下降那么电流I D （U ）迅速增加。
太阳能电池板标准测试方法 (2011-03-14 21:30:56) 转载 标签： 杂谈 太阳能电池板标准测试方法 （模拟太阳能光） 一、开路电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为~万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为开路电压； 二、短路电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为~万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为短路电流； 三、工作电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为~万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，正负极并联一个相对应的电阻，（电阻值的计算：R=U/I），测试值为工作电压； 四、工作电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为~万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，串联一个相对应的电阻，（电阻值的计算：R=U/I），测试值为工作电流。 问:太阳能电池板在阴天或日光灯下能产生电吗? 答:准确的说法是产生很小的电流.基本上可以说是忽略不计. 问:在白炽灯下或阳光下能产生多大电流? 答:在白炽灯下距离远近都是有差别的.同样阳光下上午,中午,下午,产生的电流也是不同的. 问:太阳能测试标准是什么?在白炽灯下多大灯泡多远距离测试算标准呢?
答:太阳能测试标准光照强度为:40000LUX,温度:25度.我们做过测试一般 白炽灯100W, 距离,这样测试和标准测试相差不大. 问:太阳能电池板寿命是多长时间? 答:一般封装方式不同使用寿命会不同,一般钢化玻璃/铝合金外框封装寿命20年以上.环氧树脂封装15年以上. 问:为什么太阳能电池在太阳底下和出厂测试参数不同? 答: 99%工厂用流明计测出的是光通量的数值.但是实际上太阳能电池板是根据照度来转换电能的，照度越强功率值越大 太阳能电池和电池板测试解决方案 已有 158 次阅读2011-6-25 11:51|个人分类:光伏文档|关键词:解决方案太阳能电池电池板 迅速增长的太阳能产业对太阳能电池及电池板测试有极为紧迫的需要。如今的解决方案大体又有两种： 一是全套专用的系统， 二是利用现有标准化仪器及软件进行系统集成。集成的方案能建造更低成本的测试系统，并可根据测试要求的变化修改测试系统。例如，如果您的测试要求更高精度或更宽电流范围，需要更换的就只是测试系统中的个别仪器，而不是整个系统。此外，标准化的硬件和软件也可用于其它的测试系统。太阳能电池在研发、质量保证和生产中都需要测试。虽然对于不同的行业和应用，如用于太空或在地面上，测量精度、速度和参数的重要性会有不同，但有一些在任何测试环境都必
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. 2 I (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
太阳能电池特性实验仪 能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题。本世纪初进行的世界能源储量调查显示，全球剩余煤炭只能维持约216年，石油只能维持45年，天然气只能维持61年，用于核发电的铀也只能维持71年。另一方面，煤炭、石油等矿物能源的使用，产生大量的CO2、SO2等温室气体，造成全球变暖，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生，给人类带来无穷的烦恼。根据计算，现在全球每年排放的CO2已经超过500亿吨。我国能源消费以煤为主，CO2的排放量占世界的15%，仅次于美国，所以减少排放CO2、SO2等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。 广义地说，太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能,它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，几十亿年内不会枯竭，因此我们把它们称为可再生能源。太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。在地球大气圈外，太阳辐射的功率密度为1.353kW /m2，称为太阳常数。到达地球表面时，部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。在地球海平面上，正午垂直入射时，太阳辐射的功率密度约为1kW /m2，通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。太阳光辐射的能量非常巨大，从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能。太阳能不但数量巨大，用之不竭，而且是不会产生环境污染的绿色能源，所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。 太阳能发电有两种方式。光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气，再驱动汽轮机发电，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。光—电直接转换方式是利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。 与传统发电方式相比，太阳能发电目前成本较高，所以通常用于远离传统电源的偏远地区，2002年，国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。随着研究工作的深入与生产规模的扩大，太阳能发电的成本下降很快，而资源枯竭与环境保护导致传统电源成本上升。太阳能发电有望在不久的将来在价格上可以与传统电源竞争，太阳能应用具有光明的前景。 根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合物太阳能电池，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，在应用中居主导地位。 本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性。 实验内容 1．太阳能电池的暗伏安特性测量 2．测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3．测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4．太阳能电池的输出特性测量