PN结太阳能电池光生伏特效应光谱特性及太阳能电池综合参数测试

研究生《电子技术综合实验》课程报告

题目：PN 结太阳能电池光生伏特效应光谱特性

及太阳能电池综合参数测试

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一、实验内容：

测量电池光生伏特效应的光谱特性并分析影响光伏效应的种种因素。测试AM1.5、稍小光强下的自制电池的I-V特性以及暗特性；完成实验并计算6个重要参数；并分析讨论实验现象。

二、实验仪器：

分光光度计7520型、恒温样品台、I-V测试仪、函数记录仪

三、太阳能电池材料及结构：

1.太阳能电池材料种类

太阳电池的材料种类繁多，可以有非晶硅、多晶硅、CdTe、CuInxGa（1-x）Se2等半导体的、或三五族、二六族的元素链结的材料等。

第一代太阳能电池发展最长久，技术也最成熟。种类可分为单晶硅（Monocrystalline Silicon）、多晶硅（Polycrystalline Silicon）、非晶硅（Amorphous Silicon）。以应用来说是以前两者单晶硅与多晶硅为大宗，也因应不同设计的需求需要用到不同材料（例：对光波长的吸收、成本、面积......等等）。第二代薄膜太阳能电池以薄膜制程来制造电池，种类可分为碲化镉（Cadmium Telluride CdTe）、铜铟硒化物（Copper Indium Selenide CIS）、铜铟镓硒化物（Copper Indium Gallium Selenide CIGS）、砷化镓。第三代电池与前代电池最大的不同是制程中导入有机物和纳米科技。种类有光化学太阳能电池、染料光敏化太阳能电池、高分子太阳能电池、纳米结晶太阳能电池。第四代则针对电池吸收光的薄膜做出多层结构。某种电池制造技术，并非仅能制造一种类型的电池，例如在多晶硅制程，既可制造出硅晶版类型，也可以制造薄膜类型。

2.太阳能电池的基本结构

光生伏特效应简称光伏效应，它是半导体PN结的基本光学性质之一。光伏效应不仅存在于PN结中，而且还存在于所有含有内建电势的两种固体材料的界面中。如金属-半导体接触的肖特基势垒也有此效应。对于浅结二极管，当光线垂直于结面照射时，光子进入半导体内，能量大于半导体禁带宽度的光子因本征吸收而产生电子-空穴对（见图1c）。势垒区外一个扩散长度内的光生少子受PN结内建电场的作用均被扫到对边，在n区和p区分别形成电子和空穴的积累，产生一光生电动势。此光生电动势又给PN结以正向偏压，使PN结的势垒降低。于是，

在PN结内部，既有由n区流向p区的光生电流I L，又有与I L方向相反的正向电流I F。在稳定光照下，开路的PN结内I L=I F，，形成稳定的光生电压V OC。短路情况下，I F=0，光生电流I L 全部流经外电路。这种由内建电场引起的光电效应称为光生伏特效应。太阳电池就是这种效应最直接的应用。

太阳电池基本上就是一个大面积的PN结。N+P太阳电池的基本结构如图1所示。N+扩散层为顶区，P型硅衬底为基区，PN结两边的耗尽层为势垒区。实验中使用的是一块面积2×2cm2的太阳能电池板，PN结中N+表面有一层减反膜，膜表面有一层栅型金属电极，P表面覆盖一层金属电极（形成欧姆接触）。利用栅型电极增加光注入，减反射膜减少硅表面光反射损失。由于太阳光在高能区(波长0.4至0.8微米范围内)存在强辐照，所以设计为浅结Pn结可提高电池高能光谱效应。在这种结构下，太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n 结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。

图1 太阳能电池基本结构

3.太阳能电池等效电路

(a) (b)

图2 (a)理想光电池等效电路(b)太阳能电池的实际等效电路图2(a)是利用PN结光生伏特效应做成的理想光电池的等效电路图，图中把光照下的p-n

结看作一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流I L，R L为外负载。这个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Ij，另一部分即为供给负载的电流I R。其端电压V、结电流I以及工作电流I的大小都与负载电阻R有关，但负载电阻并不是唯一的决定因素。

而实际的太阳能电池，由于前面和背面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，基区和顶层都不可避免的要引入附加电阻。流经负载的电流，经过它们时，必然引起损耗。在等效电路中，可将它们的总效果用一个串联电阻R S来表示。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，这种作用的大小可用一并联电阻R SH来等效。则实际的光电池的等效电路如图2(b)所示。p-n结光生伏特效应最主要的应用是作为太阳能电池。太阳辐射的光能有一个光谱分布，禁带宽度越窄的半导体，可以利用的光谱越广。但是，禁带宽度E g太小的话相应能产生的光电动势又会比较小。反之，E g大的半导体，虽然V OC可以提高，但可以利用的太阳光谱范围就会比较小。也就是说，开路电压V oc 随E g的增大而增大，但另一方面，短路电流密度J SC随E g的增大而减小。结果是可期望在某一个确定的g 处出现太阳能电池效率的峰值。

四、太阳能电池光谱响应

半导体GaAs和Si对各种不同波长λ的光的吸收系数а有图3所示的分布。而只有势垒区两侧一个扩散长度范围内光产生的电子-空穴对才可以被电极收集形成光电流，谱响应范围：400-1000nm。输出特性：V oc随光强增加很快趋于饱和，与面积无关。Isc与光强和光照面积成正比。

图3 半导体GaAs和Si对各种不同波长λ的光的吸收系数α太阳光谱中，不同波长的光具有的能量是不同的，所含的光子的数目也是不同的。因此，太阳能电池接受光照射所产生的光子数目也就不同。为反映太阳能电池的这一特性，引入了光谱响应这一参量。太阳电池的光谱响应又分为等量子光谱响应和等能量光谱响应。表示一定波

长的入射光子所能产生并被收集的电子数为等量子光谱响应，。表示单位能量某一

波长的光照到电池上所产生的光电流强度为等能量光谱响应，。

这样我们得到光电流密度为: 其中I0(λ) 是阳光中波长为λ,带宽为dλ的入射光子数。从以上两式可以得到电池光电流是由太阳光谱分布和电池光谱的响应两大因素决定的。独立于太阳光谱外的电池光谱响应，是电池自身所有影响光生非子产生和收集的诸因素的概括。这些因素的定量分析，必须依赖单色光电流的理论描述，通过连续性方程可求解。在给定波长下，单位光谱带宽的电池光电流由三部分组成：N区少子空穴电流、P区少子电子电流、势垒区光产生非子电流。从表达式中可以看到光电池单色光电流响应是其材料参数（禁带宽度，扩散系数，寿命，电阻率，吸收系数）。

五、负载I-V特性

1.电池伏-安特性

(a)电池的光特性和暗特性(b)补偿法测得的电池光特性

图4 太阳能电池伏安特性曲线

负载特性就是太阳电池在外接负载情况下的伏安特性。它能全面反映电池的PN结特性及欧姆接触电阻等分布参数，是电池最主要的特性。它的测量能给出电池最大输出功率、光电转换效率、电池串联电阻以及PN结的特性参数。

负载电流，其中，A是PN结质量因子；

当R=0时，V=0，IF=0，得ISC=IL；

当R=时，I=0，IF=IL=ISC，电池开路，此时得到开路电压

2.补偿法原理

负载特性测量有直接法和补偿法。因直接法不能实现开路状态，也达不到短路效果，而补偿法能测得完整的负载特性曲线，且补偿法还有助于深入理解太阳电池的工作机理，还可以进行暗特性的测量，所以我们选择补偿法进行测量。

太阳电池在光照下的伏安特性称为光伏安特性，无光照时的伏安特性称为暗伏安特性，图4（a）给出了这两种伏安特性的曲线。电池光伏安特性曲线是电池光生电流随电压变化的曲线。因为光电流与正向电流方向相反，所以对光生电流而言，电流轴要反过来，如图4（b）所示。补偿法是基于电池负载特性分析所引出的方法。理想电池相当于一个电流为I L的恒流源与一只正向二极管的并联。

图5 直接法测电池负载特性(a)直接法电路图；(b)直接法测得负载特性

图6 补偿法线路图

补偿法的测试电路如图6所示,它实际上就是两个阻值相同的电阻r串联后与电位器的总电阻R’及稳压电源E并联，然后由电位器的滑动臂和两个电阻r的连接点引出一个支路，与电池、取样电阻(R)一起构成一个形如惠斯顿电桥的电路。其电池、取样电阻支路就等同于惠斯顿电桥的检流计支路，所不同的是, 这个支路带有象征直流电源的光电池。我们把图4中的电池和取样电阻支路断开后, 从a,b两个端点看进去（图中虚线部分），它是一个由线性元件构成的有源二端网络。根据戴维南定理，它可以由一个等效电压源代替。等效电压源的电动势等于

有源二端网络的开路电压，其内阻等于电源E短路时的等效电阻。

当a处于中间位置时，V ab=0，电池取样电阻支路I=0，V=V OC；

当V a>V b，电池支路正偏，I=I L-I F<0，I-V曲线进入第四象限；

当V a

当V ab的反向电压刚好等于取样电阻R上的电压时，PN结零偏。

I F=0，I= I F=I SC，称为短路电流；当V ab进一步变负，PN结负偏，I-V曲线进入第二象限。

所以，通过改变pn结偏压，能够测得完整的负载特性曲线，而且还可以进行暗特性的测量。

六、系统原理

1.光谱响应系统原理

电池的电流光谱响应测量系统由光源、分光光度计和微安表组成（如图7）。分光光度计含有两种光源（钨灯和氘灯），它能提供波长从195nm到1000nm的单色光，并可根据需要切换氘灯和钨灯。在钨灯光源下，不同波长、不同狭缝下的单色光能量，事先已用光能量计测量好，并且已制成表格供实验者用。微安表用来读取电池单色光短路电流。

分光光度计中的单色仪是利用分光棱镜的色散作用，把复色光分解成单色光，通过波长鼓轮的旋转，带动分光棱镜转动，使经过分光所得到的一组色带在出射狭缝平面上移动。对应于鼓轮一定的转角，便使得相应波长的那部分准单色光射出狭缝，落到太阳电池的表面，提供给测试者使用。

图7 直流法测量太阳能电池光谱响应系统简图

2.太阳能电池测试系统

补偿法的实验电路如图8所示。这一电路是为全面测量电池的光、暗特性而设计的，同时为了比较，还附加了直接法测量电路。所有这些特性曲线均可用记录仪记录。其电压值由直流数字电压表读取，电流值由毫安表测得的短路电流ISC定标。

实验的主要设备有：

a.样品台及温控系统

b.测试控制仪c．模拟太阳光(钨灯)及稳压电流d．DC稳压电流及数字电压表e．函数记录仪（X接电压，Y接电流）。

图8 太阳电池I-V特性测试实验电路图

实验过程中采用模拟太阳光，这里采用经0.3~0.5%硫酸铜水溶液滤去部分红外光的碘钨灯光源，其光谱曲线如图9所示。实验中借助于“标准”电池调节光源电压或调节硫酸铜水溶液的量，使其模拟太阳光为AM1.5的光谱照度或其它所需照度。AM1.5是指大气质量为1.5。它是表征太阳实际辐照条件的量。因为大气层中存在大量的水蒸气、二氧化碳、氧气、臭氧和尘埃，当太阳光通过大气层时，它们将对太阳辐射产生吸收、散射或反射，使太阳的辐照度被削

弱。其削弱的程度与太阳光通过大气层的距离有关。对于同样的大气层厚度，太阳光直射和斜射通过大气层的距离是不相同的。故用大气质量（AM），即太阳光斜射通过大气层的距离与太阳光直射通过大气层的距离之比，来表征太阳的实际辐照条件。

七、实验步骤，现象及问题分析

1.太阳能光谱

●打开光源稳流稳压源(已选钨灯。其他无需打开)。

●将太阳电池样品夹于暗室内，处于光路中，外接微安表；让波长（转动旋钮1）为

500-600nm的范围，使光斑正射于电池上。

现象：微安表指针偏转，产生光电流

问题分析：微安表指针反转，这时由于电极反接了，应及时换接电极。（用电流表判断电池极性）

●选择适当的狭缝宽度。一般短波段选较大狭缝，长波段选较小狭缝。方法为：将波长

鼓轮旋到1000nm处，然后调节狭缝旋钮，使微安表指针至80uA或稍大。

●从波长400nm开始，以25nm间隔，改变波长。

现象：微安表示数先增大后减小

●选定波长后，即可读出对应的微安J sc值。记录选定狭缝下的波长及J sc。

●由狭缝、波长值，查表并记录各单色光光能量值。上机做数据处理。

问题分析：最后数据处理时出现Ln=NaNum的错误，这是由于400nm和425nm的电流数据很小是正常的，但是不应该是0，而如果两个都是零的时候，系统会把线性区间定位400nm-425nm，这时Ln、Sn就无法求解。

2.太阳能电池

●准备

a)将太阳能电池放在工作台上，已放置好(不要用手模电池)

b)把X轴，Y轴旋至短路档，打开函数记录仪，分别旋动两个调零旋钮，定原点。落笔

画出X、Y轴，抬笔回原点，然后关闭函数记录仪电源。

c)选量程，X调至50mV/cm档，Y调至5 mV/cm档

d)打开各部分电源，把仪器的相关控制钮调至正确位置。

（温控器风扇选“开”；DC稳压电流调为5V；测试控制仪选择“补偿法”）

●测试V oc及Isc（强，弱光）

a)把控光稳压电源慢慢调至8A（AM1.5）；

b)把测试控制仪旋至V oc档，在DC电压表上读出V oc值；

c)把测试控制仪旋至Isc档，在测试控制仪电流表上读出Isc

●画出不同光强下三条I－V特性曲线

a)将测试控制仪调至I－V档，先在函数记录仪抬笔状态下，调节测试控制仪上可变电阻，

试画曲线，在合适位置落笔，画出完整曲线。（曲线画完将可变电阻调到3－7点处）

b)调节控光稳压器电流，减弱光强使Y轴小于原光强约1cm（抬笔调可变电阻）。重复a

步骤的操作，画出曲线。（曲线画完将可变电阻调到3－7点处）

c)调节光控稳压器至最低，将其关闭。把黑布小心的覆盖在电池上，将电池避光，把记

录仪Y轴的两线交换，然后再重复a步操作，画出曲线。

d)画好曲线后，将可变电阻调到3－7点处，再关记录仪电源、灯源，避免记录仪碰撞。

问题分析：1. 画曲线过程中可能发现曲线是杂乱的，虽然多描几次图形趋势还是比较正确的但是图形杂乱。这是由于太阳能电池放置太久，损耗很大，表面不

规则，光电流不稳定所致。

2. 在画暗电流时，一直是直线。检查一下发现Y轴两线忘记交换了，而暗

电流是第四象限曲线，所以需要反方向转动调节控光稳压器电流旋钮，使

其绘制到第一象限。

3. 实验开始时，电流表大小一直不正确。后来发现这是由于实验设备线有

些虚接。当重新接一下引线后，电流显示正常。说明设备的导线也有些老

化。

八、实验数据处理与分析

1.太阳能光谱

a)测Ln：

表1 “pn结光生伏特效应光谱特性研究”测量Ln数据表

选取的狭缝宽度为 1.70mm，线性区域的波长范围是700nm～950nm，Ln＝

17.600874um。

b)测Sn：

利用1）中的线性范围，算出Sn结果如下：

表2 “pn结光生伏特效应光谱特性研究”测量Sn数据表

表3 “pn结光生伏特效应光谱特性研究”测量Sp数据表

c)实验曲线：

在稳定光照下，开路的PN结内I L=I F，，形成稳定的光生电压V OC，短路情况下，I F=0，光生电流I L全部流经外电路。光谱响应是表示不同波长的光产生电子空穴对的能力。太阳能电池的光谱响应就是某一波长的光照射到PN结表面时，每一光子平均所能收集的载流子数。

等量子光谱响应Q q()表示波长为的一个光子入射到电池上所收集到的平均光电子数。从表中数据可以看出，从400nm-1000nm，随着波长的增大，响应Q q()逐渐减小，吸收数逐渐减小，1/Q q()与1/之间的曲线如图10所示。

图10 1/Qq(λ)～1/α(λ)图

2.太阳能电池

图11 实验所得I-V曲线

根据曲线及数据和公式计算并分析太阳电池6个重要参数。

a)最大输出功率和最佳负载

在AM1.5的曲线上，根据各点的乘积值最大，得V m=0.33V,I m=65mA,所以

，

b)填充因子

c)光转换效率

d)串联电阻RS

(1) P

a (0.33,65) P

b

(0.311,56) 即V

a

=-0.33V,V

b

=-0.311V

(2)同理，

e)反向饱和电流I0

f)PN结质量因子A

由于，所以质量因子为： 3.85 九、实验小结

本实验的实验系统相对简单，操作步骤也简单明确。光生伏特的实验中的要点有：需要预热光源；当微安表指针反转时调换电极；选择合适的狭缝宽度。由于实验操作比较简单，实验数据也是由软件操作完成的，但是数据背后的理论知识很多，需要仔细地分析数据背后的理论知识。理论分析需要本科学的半导体知识，通过本次实验，对本科的知识有了更好的理解。而在负载特性的实验中，测试暗电流时在记录仪上找不到图像，是因为是在第四象限，不能在图中显示，此时需要反方向转动调节控光稳压器电流旋钮，在测试暗电流时需要将光源用黑布挡住。实验中保证钨灯垂直入射光电池，调零旋钮选好后保持不变实验中由于样品使用时间很长，所以样品质量受损，实验所得的曲线和理论的曲线相差很大。实验也完成了受损的曲线，分析了受损的原因。最后是用的老师给的曲线数据进行分析的，通过数据处理分析，明白了太阳能电池的原理、实际应用、学会了用不同的参数来分析太阳能电池的性能，对以后实际应用提供了理论基础。

本次实验复习了本科所学知识与所做实验，最主要的是在再次实验过程中更深刻的体会到了实验的目的与意义。对于实验来说，过程要比结果更为重要，无论错误还是正确的结果都可以做数据分析，错误的可以分析原因，正确的可以求解数据。所以，虽然由于实验数据质量不好，但是仍旧可以获得许多重要的信息，以及学习很多重要的只是。比如了解了太阳能电池的结构以及工作原理。而且学会了太阳能电池性能的测试方法，归纳了注意事项。总之，本次实验收获很多。

PN结物理特性及玻尔兹曼常数测量

P N结物理特性及玻尔兹 曼常数测量 Prepared on 21 November 2021

PN 结物理特性及玻尔兹曼常数测量 半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。使用本实验的仪器用物理实验方法，测量PN 结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥，测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。 【实验目的】 1、在室温时，测量PN 结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。 2、在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。 3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量10-6A 至10-8A 的弱电流。 4、测量PN 结结电压be U 与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。 5、计算在0K 时半导体（硅）材料的禁带宽度（选作）。 6、学会用最小二乘法拟合数据。 【实验仪器】 FD-PN-4型PN 结物理特性综合实验仪（如下图）,TIP31c 型三极管（带三根引线）一只，长连接导线11根（6黑5红），手枪式连接导线10根，3DG6（基极与集电极已短接，有二根引线）一只，铂电阻一只。 FD-PN-4 型PN 节物理特性测定仪 【实验原理】 1. 测量三极管发射极与基极电压U 1和集电极与基极电压U 2之间的关系 (a)PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN 结的正向电流-电压关系满足： [] 1/0-=KT eU e I I (1) 式(1)中I 是通过PN 结的正向电流，I 0是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降。由于在常温(300K)时，kT /e ≈ ，而PN 结正向压降约为十分之几伏，则KT eU e />>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： KT eU e I I /0= (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I-U 关系值，则利用(1)式可以求出e /kT 。在测得温度T 后，就可以得到e /k 常数，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。 在实际测量中，二极管的正向I-U 关系虽然能较好满足指数关系，但求得的常数k 往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其它电流。一般它包括三个部分： [1]扩散电流，它严格遵循(2)式； [2]耗尽层复合电流，它正比于KT eU e 2/； [3]表面电流，它是由Si 和SiO 2界面中杂质引起的，其值正比于mKT eU e /,一般m >2。

太阳能电池探究亮特性光照强度关系

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。

(整理)大物实验太阳能电池.

实验62 太阳能电池特性研究 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。 【实验目的】 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 【实验原理】 太阳能电池利用半导体P-N 结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N 结，图1为P-N 结示意图。 P 型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由 电子。N 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N 结时，N 区的电子（带负电）向P 区扩散， P 区的空穴（带正 电）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。在空间电荷区内，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导电的载流子，又称为结区或耗尽区。 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，P-N 结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P-N 结两端接入外电路，就可向负载输出电能。 在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与输出电流，得到输出伏安特性，如图2实线所示。 负载电阻为零时测得的最大电流I SC 称为短路电流。 负载断开时测得的最大电压V OC 称为开路电压。 太阳能电池的输出功率为输出电压与输 出电流的乘积。同样的电池及光照条件，负载电 阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。若以 输出电压为横坐标，输出功率为纵坐标，绘出的 P-V 曲线如图2点划线所示。 输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大 输出功率P max 。 填充因子F.F 定义为： sc oc I V P F F ?=?max （1） 空间电荷区 图1 半导体P-N 结示意图 I V

半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验..

半导体PN 结的物理特性及弱电流测量实验 【实验目的】 1．在室温时，测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合指数分布规律。 2．在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。 3．学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流。 4．测量PN 结电压与温度的关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度。 5．计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度。 【实验原理】 1． PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量 由半导体物理学可知，PN 结的正向电流-电压关系满足： []1)/exp(0-=kT eU I I (1) 式中I 是通过PN 结的正向电流，0I 是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降。由于在常温(300K)时，e kT /≈0.026v ，而PN 结正向压降 约为十分之几伏，则)/exp( kT eU >>1，(1)式括号内－1项完全可以忽略，于是有： )/exp(0kT eU I I = (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I-U 关系值，则利用(1)式可以求出 kT e /。在测得温度T 后，就可以得到k e /常数，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼 常数k 。 在实际测量中，二极管的正向I-U 关系虽然能较好满足指数关系，但求得的常数k 往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其它电流。一般它包括三个部分：1）扩散电流，它严格遵循(2)式；2）耗尽层符合电流，它正比于)2/exp(kT eU ；3)表面电流，它是由硅和二氧 化硅界面中杂质引起的，其值正比于)/exp( mkT eU ，一般m >2。因此，为了验证(2)式及求出准确的e /k 常数，不宜采用硅二极管，而采用硅三极管接成共基极线路，因为此时集电极与基极短接，集电极电流中仅仅是扩散电流。复合电流主要在基极出现，测量集电极电流时，将不包括它。本实验中选取性能良好的硅三极管(TIP31型),实验中又处于较低的正向偏置，这样表面电流影响也完全

太阳能电池基本特性测定试验

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

(整理)太阳能电池IV特性测试仪.

太阳能电池IV特性测试仪 技术规范书 1 太阳能电池IV特性测试仪总则 1.1本规范书适用于光伏发电站并网验收、风电场接入并网验收、光伏逆变器型式试验、风力 发电机组的低电压穿越检测平台，包括主要设备及其辅助设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。 1.2要求该检测平台能够同时满足现场安装在风电场的单台风电机组低电压穿越能力检测，满 足光伏发电站并网接入验收的低电压穿越能力检测，满足光伏逆变器与风电发电机组的型式试验的低电压穿越试验检测。 1.3本规范书所提出的是最低限度的技术要求,并未对一切技术细节做出规定,也未充分引述有 关标准和规范的条文。供方应保证提供符合本规范书和工业标准的优质产品。 2 太阳能电池IV特性测试仪使用条件 2.1环境条件 a) 户外环境温度要求：－40℃~ 50℃； b) 户外环境湿度要求：0~90% ； c) 海拔高度：0~2000米（如果超过2000米，需要提前说明）。 2.2安装方式：标准海运集装箱内固定式安装。 2.3储存条件 a）环境温度－50℃～50℃； b）相对湿度0～95% 。 2.4工作条件 a) 环境温度－40 oC～40oC； b) 相对湿度10%～90%，无凝露。 2.5电力系统条件 a) 电网电压最高额定值为35kV，电压运行范围为31.5kV~40.5kV；同时也可以同时满足

10kV\20kV电网电压的试验检测。 b) 电网频率允许范围：48~52Hz； c) 电网三相电压不平衡度：<= 4%； d) 电网电压总谐波畸变率：<= 5%。 2.6负载条件 负载包括直驱或双馈式等风力发电机组，其总容量不大于6.0MVA。其控制和操作需要满足国家关于风电机组电电压穿越测试与光伏发电站的相关测试规程技术要求。 本检测平台能够同时满足同等条件下光伏电站或光伏逆变器的低电压穿越能力测试。 2.7接地电阻：<=5Ω。 3 太阳能电池IV特性测试仪的技术要求 3.1 结构及原理要求 根据模拟实际电网短路故障的要求，测试系统须采用阻抗分压方式，原理如下图1所示(以实际为准)。测试系统串联接入风电机组出口变压器高压侧(35kV、20 kV、10 kV侧)。 图1 测试系统原理图 3.2 测试系统功能要求 （1）整体要求

太阳能光伏电池检验测试结果与分析

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 近代光学创新实验 实验名称：太阳能光伏电池测试与分析院系： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 实验时间： 哈尔滨工业大学

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 半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。半导体材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，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核心结构通常是pn结，pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域，太阳能电池本质上就是pn结。 常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结，如图1所示，它的工作原理的核心是光生伏特效应。光生伏特效应是半导体材料的一种通性。当光照射到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，在半导体材料内部会产生电动势。如果构成适当的回路就会产生电流。这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。 非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。pn结是典型的一个例子。N型半导体材料和p型半导体材料接触形成pn结。pn结根据制备方法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。制备方法有合金法、扩散法、生长法、离子注入法等等。杂质分布可能是线性分布的，也可能是存在突变的，pn结的杂质分布特征通常是与制备方法相联系的。不同的制备方法导致不同的杂质分布特征。

实验十PN结物理特性测定

一、概述 半导体PN结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。本仪器用物理实验方法，测量PN结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电 U与热力学温度T的关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得阻测温电桥，测量PN结结电压 be 0K时硅材料的禁带宽度。 二、仪器简介 图1 PN结物理特性测定仪实验装置

FD-PN-4型PN 结物理特性测定仪主要由直流电源、数字电压表、实验板以及干井测温控温装置组成，如图1所示。 三、技术指标 1．直流电源:±15V 直流电源一组， 1.5V 直流电源一组 2．数字电压表:三位半数字电压表量程0—2V ,四位半数字电压表量程 0—20V 3．实验板: 由运算放大器LF356、印刷引线、接线柱、多圈电位器组成。TIP31型三极管外接。 4．恒温装置:干井式铜质可调节恒温,恒温控制器控温范围，室温至80℃；控温分辨率0.1℃； 5．测温装置:铂电阻及电阻组成直流电桥测温0℃（Ω=00.1000R ）。 四、实验项目 1．测量PN 结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。 2．较精确地测量玻尔兹曼常数。(误差一般小于2%) 3．测量PN 结结电压be U 与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。 4．近似求得0K 时半导体（硅）材料的禁带宽度。 5．学会用铂电阻测量温度的实验方法和直流电桥测电阻的方法。 五、注意事项 1．实验时接±12V 或±15V ，但不可接大于15V 电源。±15V 电源只供运算放大器使用，请勿作其它用途。 2．运算放大器7脚和4脚分别接+15V 和-15V ，不能反接，地线必须与电源0V (地)相接(接触要良好)。否则有可能损坏运算放大器，并引起电源短路。一旦发现电源短路(电压明显下降),请立即切断电源。 3．要换运算放大器必须在切断电源条件下进行，并注意管脚不要插错。元件标志点必须对准插座标志槽口。 4．必须经教师检查线路接线正确，学生才能开启电源，实验结束应先关电源，才能拆除接线。

纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试

华南师范大学实验报告 学生姓名学号 专业化学教育年级、班级 课程名称综合化学实验课件密码 实验类型□验证□设计□综合实验时间 2０16 年 4 月１9 日 实验指导老师老师实验评分 纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试 一、前言 1.实验目的 (1)了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点; （2)掌握实合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理； (3）学会评价电池性能的方法。 2.实验意义 随着地球上矿物能源日趋枯竭及环境问题的出现，人们不断寻求新能源。太 阳能作为一种可再生能源，具有其它能源所不可比拟的优点) 它取之不尽，用 之不竭，而且分布广泛，价格低廉，使用安全,不会对环境构成任何污染) 将太 阳能转换为电能是利用太阳能的一种重要形式) 在过去的十几年中,利用半导 体光电化学电池替代常规固态光伏半导体太阳能电池来完成太阳能转换的潜在 经济价值日益显现）在众多的半导体材料中,TiO2以其独有的低廉、稳定的特点 得到广泛的应用)辐射到地球表面的太阳光中,紫外光占４%，可见光占43%，N型 半导体ＴiＯ2的带隙为3.２eV，吸收位于紫外区,对可见光的吸收较弱,为了增加 对太阳光的利用率,人们把染料吸附在ＴｉＯ2表面，借助染料对可见光的敏感效应，增加了整个染料敏化太阳能电池对太阳光的吸收率,由此构造了染料敏化太 阳能电池-DSＳC(dyｅ-sensitiｚeｄｓolar cｅlｌ)电池。 3.文献综述与总结

我国在染料敏化纳TｉO２太阳能电池的研究中也取得了不少阶段性的成果。２０04年1０月中国科学院等离子体物理研究所承担的大面积染料敏化纳米ＴIO:薄膜太阳电池研究项目取得了重大的突破性进展,建成了500W规模的小型示范电站,光电转化效率可以达到5％[1]。２0０５年,孟庆波与陈立泉等合作，合成了一种新型的具有单碘离子输运特性的有机合成化合物固态电解质，研制的固态复合电解质纳米晶染料敏化太阳电池的光电转化效率达到了5．48％。这些都为染料敏化纳米ＴｉＯ2太阳电池的最终产业化奠定了坚实的基础。 我国己将染料敏化纳米晶太阳能电池的研究列入“97３”重大课题研究，小面积染料敏化纳米ＴiＯ2太阳电池光电转化效率已突破11％。由于封装技术,液体电解质存在不稳定等问题，提高封装技术，和引入固态电解质便成为这种电池研究的重要方向。 染料敏化太阳能电池存在的问题 研究工作者一们发现ＤSＳC的实用化还存在着一些问题:（l）液态电解质容易导致 ＴiO２表面上染料的脱落,从而影响电池的稳定性;（2)液态电解质中的溶剂易挥发,可能会与染料作用导致染料发生光而影响电池的稳定性;(3)液态电解质中的溶剂易挥发,可能会与染料作用导致染料发生光降解;(4）密封困难,且电解质可能与密封剂反应，容易漏液,从而导致电池寿命大大下降；（5)液态电解质本身不稳定,易发生化学变化，从而使太阳能电池失效;(6)电解质中的氧化还原电对在高强度光照下不稳定。由于DＳSC电池具有低成本、高效率的特点，所以有着很大发展潜力,已经引起了人们的广泛关注。一我们相信,在不久的将来，随着科学技术的进一步发展，这种太阳能电池将会有着十分广阔的应用前景。 二、实验部分 1 基本原理 (1）ＤSSＣ结构和工作原理 染料敏化纳米晶二氧化钛太阳能电池（DSSC）是由导电玻璃、吸附染料的纳米晶二氧化钛薄膜、两极间的电解质（常用I-/I3-)和镀铂导电玻璃对电极组成

太阳能电池板标准测试方法

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 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

PN结物理特性测定2015

半导体PN 结的物理特性实验 实验目的 1．测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合指数分布规律。 2．测量玻尔兹曼常数。 3．测量PN 结电压与温度的关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度。 4．计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度。 实验原理 1． PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量 由半导体物理学可知，PN 结的正向电流-电压关系满足： []1)/exp(0-=kT eU I I (1) 式中I 是通过PN 结的正向电流，0I 是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降。由于在常温(300K)时，e kT /≈0.026v ，而PN 结正向压降 约为十分之几伏，则)/exp( kT eU >>1，(1)式括号内－1项完全可以忽略，于是有： )/exp(0kT eU I I = (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I-U 关系值，则利用(1)式可以求出 kT e /。在测得温度T 后，就可以得到k e /常数，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼 常数k 。 在实际测量中，二极管的正向I-U 关系虽然能较好满足指数关系，但求得的常数k 往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其它电流。一般它包括三个部分：1）扩散电流，

它严格遵循(2)式；2）耗尽层符合电流，它正比于)2/exp(kT eU ；3)表面电流，它是由硅和二氧 化硅界面中杂质引起的，其值正比于)/exp( mkT eU ，一般m >2。因此，为了验证(2)式及求出准确的e /k 常数，不宜采用硅二极管，而采用硅三极管接成共基极线路，因为此时集电极与基极短接，集电极电流中仅仅是扩散电流。复合电流主要在基极出现，测量集电极电流时，将不包括它。本实验中选取性能良好的硅三极管(TIP31型),实验中又处于较低的正向偏置，这样表面电流影响也完全可以忽略，所以此时集电极电流与结电压将满足(2)式。实验线路如图1所示。 图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图 2.PN 结的结电压be U 与热力学温度T 关系测量。 当PN 结通过恒定小电流（通常电流A I μ1000=），由半导体理论可得be U 与T 近似关系： go be U ST U += （5） 式中S ≈－2.3C mV o /为PN 结温度传感器灵敏度。由go U 可求出温度0K 时半导体材料的近似禁带宽度go E ＝go qU 。硅材料的go E 约为1.20eV 。 实验仪器 1. 直流电源、数字电压表、温控仪组合装置（包括±15V 直流电源、0－1.5V 及3.0V 直流电源、三位半数字电压表、四位半数字电压表、温控仪）。 2. TIP31型三极管（带三根引线）1个,3DG 三极管1个。

太阳能光伏电池测试与分析

哈尔滨工业大学创新实验报告 ogyhTecnolI nstitute of Harbin 验创新实近代 光学 实验名称：太阳能光伏电池测试与分析 院 系： 专 业： 名：姓

号：学 指导教师： 实验时间： 哈尔滨工业大学． 哈尔滨工业大学创新实验报告 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 半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。半导体材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，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核心结构通常是pn结，pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域，太阳能电池本质上就是pn结。 常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结，如图1所示，它的工作原理的核心是光生伏特效应。光生伏特效应是半导体材料的一种通性。当光照射到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，在半导体材料内部会产生电动势。如果构成适当的回路就会产生电流。这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。 非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。pn结是典型的一个例子。N型半导体材料和p型半导体材料接触形成pn结。pn结根据制备方法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。制备方法有合金法、扩散法、生长法、离子注入法等等。杂质分布可能是线性分布的，也可能是存在突变的，pn结的杂质分布特征通常是与制备方法相联系的。不同的制备方法导致不同的杂质分布特征。

太阳能电池板标准测试方法

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，

#什么是太阳能电池量子效率,如何测试

什么是太阳能电池量子效率,如何测试 请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。 测试原理 用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。

PN结物理特性及玻尔兹曼常数测量.

PN 结物理特性及玻尔兹曼常数测量 半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。使用本实验的仪器用物理实验方法，测量PN 结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥，测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。 【实验目的】 1、在室温时，测量PN 结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。 2、在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。 3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量10-6A 至10-8A 的弱电流。 4、测量PN 结结电压be U 与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。 5、计算在0K 时半导体（硅）材料的禁带宽度（选作）。 6、学会用最小二乘法拟合数据。 【实验仪器】 FD-PN-4型PN 结物理特性综合实验仪（如下图）,TIP31c 型三极管（带三根引线）一只，长连接导线11根（6黑5红），手枪式连接导线10根，3DG6（基极与集电极已短接，有二根引线）一只，铂电阻一只。 FD-PN-4 型PN 节物理特性测定仪 【实验原理】 1. 测量三极管发射极与基极电压U 1和集电极与基极电压U 2之间的关系 (a)PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN 结的正向电流-电压关系满足： [] 1/0-=KT eU e I I (1) 式(1)中I 是通过PN 结的正向电流，I 0是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降。由于在常温(300K)时，kT /e ≈0.026v ，而PN 结正向压降约为十分之几伏，则KT eU e />>1,(1)式括号内-1项完全可 以忽略，于是有： KT eU e I I /0= (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I-U 关系值，则利用(1)

硅太阳能电池的主要性能参数

硅太阳能电池的主要性能参数 本信息来源于太阳能人才网|https://www.doczj.com/doc/2d3755788.html, 原文链接： 硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。 ①短路电流(isc)：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。 ②开路电压(uoc)：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.7v。 ③峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。 ④峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.5v，典型值为0.48v。 ⑤峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm===im ×um。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw／㎡、光谱aml.5、测试温度25℃。 ⑥填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为ff=pm/(isc×uoc)。填充因子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，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。 串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。 ⑦转换效率(η)：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： η=pm(电池片的峰值效率)/a（电池片的面积）×pin（单位面积的入射光功率），其中pin=lkw ／㎡=100mw／cm2。 电池组件的板型设计 在生产电池组件之前，就要对电池组件的外型尺寸、输出功率以及电池片的排列布局等进行设计，这种设计在业内就叫太阳能电池组件的板型设计。电池组件板型设计的过程是一个对电池组件的外型尺寸、输出功率、电池片排列布局等因素综合考虑的过程。设计者既要了解电池片的性能参数，还要了解电池组件的生产工艺过程和用户的使用需求，做到电池组件尺寸合理，电池片排布紧凑美观。 组件的板形设计一般从两个方向入手。一是根据现有电池片的功率和尺寸确定组件的功率和尺寸大小；二是根据组件尺寸和功率要求选择电池片的尺寸和功率。 电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。下面就以36片串联形式的电池组件为例介绍电池组件的板型设计方法。

PN结的物理特性—实验报告

半导体PN 结的物理特性实验报告 姓名：陈晨 学号：12307110123 专业：物理学系 日期：2013年12月16日 一、引言 半导体PN 结是电子技术中许多元件的物质基础具有广泛应用，因此半导体PN 结的伏安特性是半导体物理学的重要内容。本实验利用运算放大器组成电流-电压变换器的方法精确测量弱电流，研究PN 结的正向电流I ，正向电压U ，温度T 之间的关系。本实验桶过处理实验数据得到经验公式，验证了正向电流与正向电压的指数关系，正向电流与温度的指数关系以及正向电压与温度的线性关系，并由此与计算玻尔兹曼常数k 与0K 时材料的禁带宽度E ，加深了对半导体PN 节的理解。 二、实验原理 1、 PN 结的物理特性 （1）PN 结的定义：若将一块半导体晶体一侧掺杂成P 型半导体，即有多余电子的半导体，另一侧掺杂成N 型半导体，即有多余空穴的半导体，则中间二者相连的接触面就称为PN 结。 （2）PN 结的正向伏安特性：根据半导体物理学的理论，一个理想PN 结的正向电流I 与正向电压U 之间存在关系 ①，其中I S 为反向饱和电流，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，e 为电子电量。在常温（T=300K ）下和实验所取电压U 的范围内， 故①可化为 ②，两边取对数可得 。 （3）当温度T 不变时作lnI-U 图像并对其进行线性拟合，得到线性拟合方程的斜率为e/kT ，带入已知常数e 和T ，便得玻尔兹曼常数k 。 2、反向饱和电流I s （1）禁带宽度E ：在固体物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。对一个本征半导体而言，其导电性与禁带宽度的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过禁带宽度跃迁至导带。 （2）根据半导体物理学的理论，理想PN 结的反向饱和电流Is 可以表示为 ③，代入②得 ，其中I 0为与结面积和掺杂浓度等有关的常数，γ取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取γ=3.4，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度．E 为0K 时材料的禁带宽度。两边取对数得 ，其中γlnT 随温度T 的变 化相比（eU-T ）/kT 很缓慢，可以视为常数。 （3）当正向电压U 不变时作lnI-1/T 图像并进行线性拟合，得到拟合方程斜率（eU-E ）/k ，代入已知常数便得0K 时PN 结材料的禁带宽度E ；当正向电流I 不变时作U-T 图并进行线性拟合，得到拟合直线截距E/e ，带入已知常数，便得0K 时PN 结材料的禁带宽度E 。 3、实验装置及其原理 （1）如图所示为由运算放大器组成的电流-电压变换器电路图，电压表V1测量的是正向电压U1，电压表V2测量的是正向电流I 经运算放大器放大后所对应的电压U2，分析电路后可知，正向电流I ≈U 2/R f ，其中R f 为反馈电阻。通过二极管的正向电流除了扩散电流外，还 (1)eU kT s I I e =-1 eU kT e >>eU kT s I I e =lnI lnI s eU kT =+0E kT s I I T e γ - =0eU E kT I I T e γ-=0ln lnI ln eU E I T kT γ-=++