大学物理实验实验32 太阳能电池实验

在正文的第一部分，我从一名大二本科生的角度对实验原理进行了系统地重新表述，查阅资料补充了部分电学的必要知识（例如禁带宽度的定义），同时我还根据自己的理解写出了太阳能电池的基本原理和太阳能电池器件的等效电路。

在正文的第二部分，本文详细介绍了操作需要用到的仪器并细致地描述了实验操作的各个流程。

在正文的第三部分，本文重新进行了数据处理，并初步分析了实验误差，标注了实验注意事项以及对实验课后思考题做出了自己的回答。

在正文的第四部分，也就是讨论部分，我做了大量的工作。

先分析了影响太阳能电池转换效率的因素，然后提出了两种实验改进方法，接着提出了禁带宽度的测量方法，最后探索了实际P-N结与理想模型之间的差别以及对实验数据的影响。

并且在第四部分的最后我还写了两年来自己学习物理实验的实验感想以及收获。

关键词：太阳能电池开路电压短路电流输出特性AbstractIn the first part of the text, from the perspective of a sophomore undergraduate experimental principle rephrase supplemented with some electrical knowledge necessary (for example, the band gap of the definition), access to information, at the same time I also according to their understanding to write the equivalent circuit of the basic principles of solar cells and solar cell devices.In the second part of the text, this article details the operation requires the use of instruments and detailed description of the experimental operation of the various processes.In the third part of the text, re-processing, and a preliminary analysis of the experimental error, marked experimental Notes and Questions experimental after-school made its own answer.In the fourth part of the text, that is, the discussion section, I have done a lot of work. First analyze the factors affecting the conversion efficiency of the solar cell, and then the two experimental improved method, followed by the forbidden bandwidth of the measuring method, and the last explore the difference between the actual PN junction with the ideal model and the experimental data. And I also wrote in the fourth part of the last two years studying physics experiment experimental feelings and harvest.Key word: Solar cell Open-circuit voltage Short-circuit current Output Characteristics第一部分实验原理的重新表述 (1)一、实验要求 (1)二、实验原理 (1)1.太阳能电池的分类 (1)2.P-N结 (1)3.禁带宽度 (2)4.太阳能电池的伏安特性曲线及相关特性参数 (2)5.太阳能电池的基本原理 (4)6.太阳能电池器件的等效电路 (4)第二部分实验内容及操作详细流程 (5)三、仪器介绍 (5)四、实验内容及操作详细流程 (7)1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量 (7)2.开路电压，短路电流与光强关系测量 (7)3.太阳能电池输出特性实验 (8)4.注意事项 (8)第三部分数据的重新处理与深入思索 (9)五、太阳能电池基本特性测量 (9)1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量 (9)2.开路电压、短路电流与光强关系测量 (10)3.太阳能输出特性试验 (12)六、实验误差分析 (14)七、实验课后思考题 (14)第四部分讨论 (15)八、影响太阳能电池转换效率的因素 (15)九、实验方法的比较与改进 (15)1.传统的太阳能电池伏安特性测量方法 (15)2.利用计算机和Labcoder数据采集分析系统改进实验 (16)3.利用Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机改进实验 (18)十、禁带宽度的测量 (19)1.测量原理 (19)2.测量方法 (19)十一、实际P-N结与理想模型之间的差别 (20)P-N结的伏安特性分析及等效电路 (20)十二、实验感想与体会 (22)1.课前认真地预习 (22)2.做好课堂操作 (23)3.掌握好一些基本的数据处理方法。

竭诚为您提供优质文档/双击可除太阳能电池特性的测量实验报告篇一：太阳能电池特性测量实验本科学生实验报告学号姓名学院物电学院专业、班级12级光电子班实验课程名称太阳能电池特性测量实验教师及职称开课学期学期填报时间日云南师范大学教务处编印一、实验设计方案篇二：实验报告--太阳能电池伏安特性的测量实验报告姓名：张伟楠班级：F0703028学号：5070309108实验成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：08.03.17指导教师：批阅日期：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×10cm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~0.3μm）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pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度eg，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（photovoltaiceffect,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Iph．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，VD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．FF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．。

218大学物理实验⑤如何获得高电压、大电流输出的光电池？实验32 太阳能电池实验太阳能是指太阳辐射的能量。

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向宇宙空间的释放。

所有太阳释放到宇宙空间的能量都属于太阳能的范畴。

科学研究已经表明太阳的热核反应可以持续百亿年左右，能量辐射功率约3.8 × 1023kW。

根据地球体积、地球与太阳的距离等数据可以计算出地球被辐照到的太阳能大致为全部太阳能量辐射量的20亿分之一。

考虑到地球大气层对太阳辐射的反射和吸收等因素，实际到达地球表面的太阳辐照功率为80亿kW，折合500万吨标准煤的能量。

太阳能给人无限的遐想，但需要我们对太阳能有一个全面、客观的认识。

任何的事物总是具有两面性的。

就太阳能而言，其优势在于“普遍”，地球的任何角落都存在；“巨大”，太阳能是地球可供开采的最大能源；“无害”，不污染环境；“持续”，可稳定供应时间超过100亿年。

太阳能的缺点在于它具备的分散性、不稳定性、高成本。

分散性和不稳定性是地球地理特征决定的。

高成本是工艺技术水平的不足导致的。

太阳能是非常活跃的研究和应用领域，前景广阔，回报丰厚。

这个领域也充满问题和挑战，对相关人才的需求量巨大。

人类对硅材料的认识及固体理论、半导体理论的发展和成熟，是太阳能利用的关键推动力，具有里程碑意义的事件是1945年美国Bell实验室研制出实用性硅太阳能电池。

近年来，太阳能成为研究、技术、应用、贸易的热点。

太阳能潜在的市场为全世界所关注。

除了人类能源需求量的增大、化石能源储量的下降和价格的提升、理论和工艺技术水平的提高等因素外，环保意识、可持续发展意识的提升也是一个重要的因素。

太阳能电池是目前太阳能利用中的关键环节，核心概念是PN结和光生伏特效应。

理解太阳能电池的工作原理、基本特性表征参数和测试方法是必要和重要的。

一、实验目的①了解PN结的基本结构与工作原理。

太阳能电池特性的测量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，新能源利用迫在眉睫。

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的新能源。

太阳电池可以将太阳能转换为电能，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。

实验目的1． 学习太阳能电池的发电的原理 2． 了解太阳电池测量原理 3． 对太阳电池特性进行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。

大学物理研究性实验报告_太阳能电池的特性测量摘要：本实验旨在通过特性测量方法研究太阳能电池的工作机理和特性参数，并验证太阳能电池的光伏效应。

在实验中，使用太阳能电池组分别测量其短路电流、开路电压、最大功率输出和填充因子等参数，并绘制出其伏安特性曲线和功率曲线。

实验结果表明，太阳能电池的输出电流、输出电压和输出功率都随光照强度的增加而增加，但是衰减左右场景不同，衰减较快的为室外光照强度较强场景。

太阳能电池的最大功率输出点需根据不同光照强度下自行求解，而填充因子对太阳能电池的输出功率有显著影响。

关键词：太阳能电池；特性测量；伏安特性曲线；功率曲线；光伏效应；填充因子 1. 实验原理太阳能电池是一种将光能直接转换为电能的装置，其工作原理是基于光伏效应。

当光照射在半导体材料上时，会在材料内部产生电子-空穴对，即通过光照，半导体材料内的电子从价带跃升到导带，留下空穴。

由于这些电子和空穴在电场作用下会分别向相反的电极移动，因此在同一方向引出电流，形成光生电动势。

太阳能电池的主要参数包括短路电流$I_{sc}$、开路电压$V_{oc}$、最大功率输出$P_{max}$和填充因子$FF$。

短路电流是在电池组端口短路状态下的输出电流，而开路电压是在电池组端口开路状态下的电压。

最大功率输出是在负载电阻为某一特定值时，电池组所输出的最大功率。

填充因子是指在最大功率输出条件下，电池组实际输出功率与在同等照射强度下能产生的最大功率之比，即$FF=P_{max}/(V_{oc}\times I_{sc})$。

2. 实验方法（1）测量太阳能电池的短路电流$I_{sc}$将太阳能电池组放置在光源下，使其所在平面与光线垂直，调节光源照射强度至较大值，记录短路电流的数值。

此时，太阳能电池组端口暂时不接任何负载电阻。

（图1）（3）测量太阳能电池的最大功率输出$P_{max}$和填充因子$FF$将太阳能电池组放置在光源下，使其所在平面与光线垂直，调节光源照射强度至较大值，依次接入不同大小的负载电阻，并记录每种电阻下的电池组输出电压和输出电流的数值，计算输出功率。

大学物理实验习题汇编一、示波器的使用[预习题]1、简述示波器各个按纽的作用。

2、观察信号随时间的变化图形时必须加上锯齿波扫描信号，为什么？[作业题]1、如何在示波器屏幕上得到以下图形？（1）一个光点；（2）两条点线；（3）两个从左至右移动的亮点。

2、假定扫描信号是频率为f 的锯齿波，Y 轴输入信号为]2)(4sin[00ππ+-=t t f U V y ，试用作图法画出示波器屏幕上显示的图形。

二、电位差计的原理和使用[预习题]1、用电位差计测量电动势的原理、方法。

2、测量中，电流标准化后，强调变阻器R 1固定不变的原因和可变电阻R 2的作用？3、箱式电位差计的组成及各按纽的作用。

4、本实验要求及注意事项。

[作业题]1、按图4连接电路，接通K 1，将K 2倒向Es 或Ex 后，无论怎样调节活动端m 、n ，检流计指针总向一边偏转，试问有哪些可能的原因？三、全息照相[预习题]1、全息片的基本特点是什么？2、要想得到再现图像不重叠的全息片，在拍摄过程中应注意什么？3、物光与参考光的光程差一般为多少？为什么？4、冲洗全息底片时应注意什么？[作业题]1、为什么要求光路中物光与参考光的光程尽量相等？2、制作全息衍射光栅时，为什么到达感光片的两束光要接近于平行光？四、霍尔效应[预习题]1、什么是霍尔效应？霍尔电压是如何产生的？2、简述用霍尔效应测量磁场的原理。

3、如何消除副效应对实验的影响？[作业题]1、由V H-x 、V H-y 曲线讨论说明电磁铁缝隙中磁场的分布情况。

2、根据实验计算出载流子浓度n 及载流子迁移率μ。

五、等厚干涉[预习题]1、由于测微鼓轮中螺距间总有间隙存在，当测微鼓轮刚开始反向旋转时会发生空转，引起读数误差（称为空回误差），实验时应如何避免？2、在实验中，若叉丝中心没有通过牛顿环的中心，以叉丝中心对准暗环中央所测出的并不是牛顿环的直径，而是弦长，以弦长代替直径代入公式进行计算，仍能得到相同的结果，请从几何的角度证明之。

太阳能电池基本特性的测量The Experiment of Measuring The Electronic Properties of SolarCells摘要：这个实验旨在测量太阳能电池的一系列特性，根据太阳能电池的PN结结构，探究无光条件下太阳能电池的正向偏压伏安特性。

同时探究在固定光强下太阳能电池的负载特性。

利用光功率测定仪，定量分析太阳能电池的光照特性。

使用不同滤色片测量对应太阳能电池短路电流，从而推算其禁带宽度。

关键词：太阳能电池，伏安特性，填充因子，禁带宽度Abstract:What I did in this experiment is just to achieve an purpose of investigating into the character of solar cells, during which I measured the volt-ampere characteristics with a no-sight of light by the side of the cell and also the load character with a fixed photo intensity of it. With the help of photometer and color filters, the electric properties of the semiconductor solar cells used in different circumstances of illumination are stepping out little by little. And at the end of the game, the forbidden band width of the semiconductor materials is no more hiding.Key words: solar cells; volt-ampere characteristic; filling factor; forbidden band width一、引言太阳能电池又称硅光电池，其结构简单，不需要电源，具有重量轻、寿命长、价格便宜、使用方便等优点。

数据处理一，计算出功率和电阻的数值表１，负载电压和电流记录表电压/V 光电流Ｉ/mA 电阻/千欧功率/W0.00 5.02 0.00000 0.00000-0.10 5.00 0.02000 0.00050 -0.20 4.97 0.04024 0.00099 -0.30 4.96 0.06048 0.00149 -0.40 4.92 0.08130 0.00197 -0.50 4.91 0.10183 0.00246 -0.60 4.88 0.12295 0.00293 -0.70 4.85 0.14433 0.00340 -0.80 4.80 0.16667 0.00384 -0.90 4.74 0.18987 0.00427 -1.00 4.67 0.21413 0.00467 -1.10 4.59 0.23965 0.00505 -1.20 4.46 0.26906 0.00535 -1.30 4.31 0.30162 0.00560 -1.40 4.14 0.33816 0.00580 -1.50 3.94 0.38071 0.00591 -1.60 3.69 0.43360 0.00590 -1.70 3.40 0.50000 0.00578 -1.80 3.08 0.58442 0.00554 -1.90 2.71 0.70111 0.00515 -2.00 2.26 0.88496 0.00452 -2.10 1.78 1.17978 0.00374 -2.20 1.27 1.73228 0.00279 -2.30 0.71 3.23944 0.00163 -2.37 0.24 9.87500 0.00057功率与电阻关系图0.0001.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0000.000500.0001000.0001500.0002000.0002500.0003000.0003500.000电阻/欧功率/m W功率/mW由图知 最大功率为５.９１mW对应的最大电阻为３８０.７１欧 Isc=5.02mA Uoc=2370mV Ff=Pmax/(Isc*Uoc)=0.5表２，太阳能电池正向偏压与电流数据表 U1/V U2/V I/A U/V0.00 0.00 0.00000 0.00 0.20 0.07 0.00034 0.13 0.40 0.15 0.00066 0.25 0.60 0.25 0.00092 0.35 0.80 0.37 0.00113 0.43 1.00 0.50 0.00131 0.50 1.20 0.64 0.00147 0.56 1.40 0.79 0.00160 0.61 1.60 0.96 0.00168 0.64 1.80 1.13 0.00176 0.67 2.00 1.30 0.00184 0.70 2.20 1.49 0.00186 0.71 2.40 1.67 0.00192 0.73 2.60 1.86 0.00194 0.74 2.80 2.06 0.00194 0.74 3.00 2.26 0.00194 0.74 3.20 2.46 0.00194 0.74 3.40 2.66 0.00194 0.743.60 2.87 0.00192 0.73 3.773.05 0.00189 0.72一定光照条件下光电池的伏安特性曲线y = 0.0026x - 6E-18-0.000500.000000.000500.001000.001500.002000.002500.000.100.200.300.400.500.600.700.80U/VI /AU/V线性 (U/V)电压和电流关系的经验公式为y=0.0026x-6E-18 表３，不同光强下太阳能电池开路电压和短路电流 光强比值 Isc/mA Uoc/V6 4.90 -2.36 5 4.42 -2.33 4 3.30 -2.24 3 2.14 -2.09 2 1.20 -1.86 1 0.71 -1.62Isc-Uoc关系曲线y = -0.3802Ln(x) - 4.401-2.5-2-1.5-1-0.50.00000.00100.00200.00300.00400.00500.0060Isc/AU o c /VUoc/V对数 (Uoc/V)表４，不同角度光照下电池开路电压和短路电流 角度/。

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/2m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。

竭诚为您提供优质文档/双击可除大物实验报告篇一：大物实验报告大物实验报告姓名：任文浩学号：2141601049第二十四次实验成绩_________实验日期20XX.11.16教师签字_____________同组者许林松审批日期_____________实验名称：太阳能电池性能的研究一.实验目的1.了解太阳能电池的原理及性能。

2.学习太阳能电池的性能测量与研究方法。

二.实验所给仪器及用法实验仪器：Lb-sc太阳能电池研究仪，太阳能电池板，连线若干，60w白炽灯，挡板。

用法：1．在光照状态下太阳能电池的短路电流Isc、开路电压uoc、最大输出功率pm，最佳负载及填充因子FF的测量（1）打开电机箱电源，将控制白炽灯电源的“开灯/关灯”开关置于“开灯”，并把“亮度调节”旋钮调到最小；（2）将太阳能电池的插头用线连接到电机箱的相同颜色插头上（注意连接插头时要连接同一块电池板的两个插头），将“明暗状态开关”拨到“明状态”，加载电压调到0v，“负载调节”（负载电阻）旋钮逆时针调到最小，此时电流表上有电流显示，这是外界光产生的本底光电流；(3)将灯源亮度调到最强，逆时针调节负载电阻旋钮到最小，测出太阳能电池的短路电流Isc，顺时针调节负载电阻旋钮到最大，测出太阳能电池的开路电压uoc;(4)将灯源亮度调到最强，调节负载电阻，由最小逐渐调到最大，可以看见光电流及负载电压的变化，负载电压每隔0.2V左右测量负载的电压和电流值。

2.太阳能电池的短路电流Isc、开路电压uoc与相对光强关系的测量分别将“负载调节”旋钮（负载电阻）调到最小和最大，改变白炽灯光强度(旋转“亮度调节”旋钮)，分别记录下短路电流和开路电压。

白炽灯光强度刻度分有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ挡，相对光强分别对应20%、40%、60%、80%和100%。

3.不同角度光照下的太阳能电池板输出功率的测量将灯源亮度调到最亮，将“负载调节”旋钮（负载电阻）固定，测量太阳能电池板在不同俯仰角时的电流和电压值。

太阳能电池特性实验实验指导及操作说明书中南大学物理实验中心太阳能电池特性实验本实验研究单晶硅，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 。

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。