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2．ＰＮ结的单向导电性
（1）外加正向电压（正偏）
在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。
结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。
（2）外加反向电压（反偏）
在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。
漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。
因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流。
当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。
2．光伏效应
指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
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。
太阳电池可用pn结二极管D、恒流源I ph、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R sh组成的电路来表示,如下图所示，该电路为太阳电池的等效电路。
R s
I ph
D
R sh
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请在两周内完成，交教师批阅
附件：（实验曲线请附在本页）。
实验 17太阳能电池伏安特性的测量太阳能电池也称光伏电池，是将太阳辐射能直接转换为电能的半导体器件。
它是太阳能发电系统的心脏。
它具有不消耗常规能源、寿命长、维护简单、使用方便、无噪音、无污染等优点。
太阳能电池已作为空间探索的基本电源和地面无电、少电地区及某些特殊领域（通信设备，气象台站，航标灯的重要电源。
目前，太阳电池已广泛用于收音机、计算机、交通信号等方面。
在发达国家太阳能光伏发电已进入城市电网。
太阳能光伏发电有望成为21世纪的重要能源，在世界能源构成中占有一定的地位。
实验目的1.了解太阳能电池的工作原理及基本结构。
2.测量太阳能电池的伏安特性曲线。
实验原理1.太阳能电池的结构硅光电池按衬底材料的不同可分为2DR 和 2CR 型。
图 1 为 2DR 型结构示意图。
它是以 P 型硅为衬底（厚约 500μ m），在其上面用扩散法制作一层厚约0.3μ m 的 N 型层，并将它作为受光面。
在N 型层上制作金属栅线，作为输出电极，目的是减小光电池的内阻。
在整个背面制作金属膜背电极。
在光敏面上涂一层极薄的二氧化硅透明膜，它既可以起到防潮，防尘等保护作用，又可以减小硅光电池表面对入射光的反射，增强对入射光的吸收。
2CR 型电池图 1硅太阳能电池结构示意图则是以 N 型硅为衬底制作的。
2.PN 结的内建电场在 P 型（或 N 型）半导体衬底上，用扩散方法形成一层 N 型(或 P 型）层。
在 P区（空穴导电）和 N 区（电子导电）交界处，由于两边电子和空穴浓度不同，P 区的空穴向 N 区扩散， N 区的电子向 P 区扩散。
于是，在P 区形成负电层， N 区形成正电层，如图 2 所示。
这两个带电层形成图 2 载流子扩散形成内电场一个内电场，它反过来又阻挡上述扩散，直到扩散作用与阻挡作用达到一种动态平衡。
一般所说PN 结就是指这层阻挡层。
如果在 PN 结两端外加正向电压（P 区接正， N 区接负），如图 3（ a）所示。
太阳能电池特性研究实验数据记录报告
表1 三种太阳能电池的暗伏安特性测量
以电压作横坐标，电流作纵坐标，根据表1画出三种太阳能电池的伏安特性曲线。
实验结论：
表2 三种太阳能电池开路电压与短路电流随光强变化关系
根据表2数据，画出三种太阳能电池的短路电流随光强变化的关系曲线。
实验结论：
指导教师：（签字）
2014年月日
表3 三种太阳能电池输出特性实验 D=20cm 光强I= W/m2S=2.5×10-3m2Pin=I×S= mW
根据表3数据作3种太阳能电池的输出伏安特性曲线及功率曲线。
找出最大功率点，对应的电阻值即为最佳匹配负载。
根据表3数据和图4可以得出三种太阳能电池的最佳匹配负载分别为：
单晶硅：Ω，多晶硅：Ω，非晶硅：Ω
根据表3中数据计算三种太阳能电池的填充因子：
表4 三种太阳能电池的填充因子
计算转换效率：
表5 三种太阳能电池的转换效率表
实验结论：。
指导教师：（签字） 2014年月日。
四、太阳能光伏电池暗伏安特性与光谱特性实验1.实验目的1.了解太阳能光伏电池暗伏安特性2.了解太阳能光伏电池光谱特性3.掌握太阳能光伏电池的暗伏安特性曲线绘制2.实验原理（1）光伏电池暗伏安特性光伏电池暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。
太阳能电池的基本结构是一个大面积平面P-N结，单个太阳能电池单元的P-N结面积已远大于普通的二极管。
在实际应用中，为得到所需的输出电流，通常将若干电池单元并联。
为得到所需输出电压，通常将若干已并联的电池组串连。
因此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组成组件时的串并连关系。
（2）光伏电池光谱特性太阳能电池的光谱特性是指太阳能电池随能量相同但波长不同的入射光而变化的关系。
在太阳能电池中只有那些能量大于其材料禁带宽度的光子才能在被吸收时在光伏材料中产生电子空穴对，而那些能量小于禁带宽度的光子即使被吸收也不能产生电子空穴对（它们只能是使光伏材料变热）。
光伏材料对光的吸收存在一个截止波长。
理论分析表明，对太阳光而言，能得到最佳工作性能的光伏材料应有1.5电子伏的禁带宽度，当禁带宽度增加时，被光伏材料吸收的总太阳能就会越来越少。
每种太阳能电池对太阳光都有自己的光谱响应曲线，它表明太阳能电池对不同波长光的灵敏度（光电转换能力）。
当日光照到太阳能电池上时，某一种波长的光和该波长的太阳能电池光谱灵敏度，决定该波长的光电流值，而总的光电流值是各个波长光电流值的总和。
3.实验内容与步骤（1）光伏电池暗伏安特性曲线绘制1）关闭模拟光源，将挡光板遮住电池组件A，调节直流恒压源电压到零点，用实验导线连结如图2-1所示电路，调节电阻箱的电阻至50欧姆（限流），旋转恒压源电压旋钮，间隔0.5V左右，记录一次电压、电流值。
图2-1光伏电池暗伏安特性正向测量电路2）将直流恒压源电压调到零，调换电池组件A的正负极，再间隔0.5V左右，记录电压、电流值。
太阳能电池伏安特性研究实验报告太阳能电池伏安特性研究实验报告一、引言太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的装置，其工作原理基于光电效应。
随着全球对可再生能源的需求不断增加，太阳能电池作为一种环保、可再生的能源技术备受关注。
本实验旨在研究太阳能电池的伏安特性，以了解其工作原理和性能。
二、实验方法1. 实验仪器和材料本实验使用的仪器和材料包括太阳能电池板、直流电源、电压表、电流表和电阻箱等。
2. 实验步骤（1）将太阳能电池板与直流电源连接，调节电压为一定值。
（2）通过电压表和电流表测量太阳能电池板的电压和电流。
（3）改变直流电源的电压，重复步骤（2），记录数据。
（4）根据测量的电压和电流数据绘制伏安特性曲线。
三、实验结果与讨论通过实验测量得到的伏安特性曲线如下图所示：[插入伏安特性曲线图]从伏安特性曲线中可以观察到以下几点：1. 开路电压（Voc）：在伏安特性曲线上，当电流为零时对应的电压即为开路电压。
实验结果显示，太阳能电池板的开路电压约为0.6V。
2. 短路电流（Isc）：在伏安特性曲线上，当电压为零时对应的电流即为短路电流。
实验结果显示，太阳能电池板的短路电流约为3A。
3. 峰值功率点：伏安特性曲线上的峰值功率点是太阳能电池的最佳工作点，对应的电压和电流分别为Vm和Im。
实验结果显示，太阳能电池板的峰值功率点约为2W。
通过对伏安特性曲线的分析，可以得出以下结论：1. 太阳能电池板的输出功率与其电压和电流的乘积有关，即P = V * I。
为了获得最大的输出功率，需要在峰值功率点（Vm，Im）工作。
2. 开路电压和短路电流是太阳能电池板的基本特性参数，可以用来评估其性能。
3. 太阳能电池板的伏安特性曲线可以用来描述其输出功率随电压和电流变化的关系，为优化太阳能电池的设计和使用提供了依据。
四、结论本实验通过测量太阳能电池板的伏安特性曲线，研究了其基本特性和工作原理。
实验结果显示，太阳能电池板的开路电压约为0.6V，短路电流约为3A，峰值功率点约为2W。
四、太阳能光伏电池暗伏安特性与光谱特性实验1.实验目的1.了解太阳能光伏电池暗伏安特性2.了解太阳能光伏电池光谱特性3.掌握太阳能光伏电池的暗伏安特性曲线绘制2.实验原理（1）光伏电池暗伏安特性光伏电池暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。
太阳能电池的基本结构是一个大面积平面P-N结，单个太阳能电池单元的P-N结面积已远大于普通的二极管。
在实际应用中，为得到所需的输出电流，通常将若干电池单元并联。
为得到所需输出电压，通常将若干已并联的电池组串连。
因此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组成组件时的串并连关系。
（2）光伏电池光谱特性太阳能电池的光谱特性是指太阳能电池随能量相同但波长不同的入射光而变化的关系。
在太阳能电池中只有那些能量大于其材料禁带宽度的光子才能在被吸收时在光伏材料中产生电子空穴对，而那些能量小于禁带宽度的光子即使被吸收也不能产生电子空穴对（它们只能是使光伏材料变热）。
光伏材料对光的吸收存在一个截止波长。
理论分析表明，对太阳光而言，能得到最佳工作性能的光伏材料应有1.5电子伏的禁带宽度，当禁带宽度增加时，被光伏材料吸收的总太阳能就会越来越少。
每种太阳能电池对太阳光都有自己的光谱响应曲线，它表明太阳能电池对不同波长光的灵敏度（光电转换能力）。
当日光照到太阳能电池上时，某一种波长的光和该波长的太阳能电池光谱灵敏度，决定该波长的光电流值，而总的光电流值是各个波长光电流值的总和。
3.实验内容与步骤（1）光伏电池暗伏安特性曲线绘制1）关闭模拟光源，将挡光板遮住电池组件A，调节直流恒压源电压到零点，用实验导线连结如图2-1所示电路，调节电阻箱的电阻至50欧姆（限流），旋转恒压源电压旋钮，间隔0.5V左右，记录一次电压、电流值。
图2-1光伏电池暗伏安特性正向测量电路2）将直流恒压源电压调到零，调换电池组件A的正负极，再间隔0.5V左右，记录电压、电流值。
第 33 卷 第 5 期2020年10月Vol.33 No.5Oct.2020大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE文章编号：1007-2934 (2020 )05-0071 -03单晶硅太阳能电池伏安特性研究安盼龙赵瑞娟睢 坚2(1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000；2•中北大学理学院，山西太原030051)摘 要：针对太阳能电池教学过程中存在原理不清、参数不明等问题,从光电转化原理出发，对单 晶硅电池的暗伏安特性、填充因子、光电转化效率进行系统分析。
通过作图及计算标定了单晶硅太阳能电池相关参数。
为太阳能实验的教学提供相应理论和实验指导。
关键词：单晶硅;太阳能电池;伏安特性中图分类号：O433；TP 212.1文献标志码：A DOI ： 10.14139/22-1228.2020.05.016太阳是自然界用之不竭的巨大能源，太阳能作为新型能源的重要的组成部分，具有寿命长、效率高、性能可靠、成本低、无污染的优点,已经成为当代研究的重要课题。
太阳与地球的平均距离约为1.5亿公里。
在大气圈以外，太阳辐射的功率密度为1.353 kW/m 2。
在正午海平面垂直入射 时，太阳辐射的功率密度约为1.0 kW/m 2,通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。
可以看出，太阳光辐射的能量非常巨大,每年到达地球的辐射能相当于4.9X104亿吨标准煤的燃烧能。
未来太阳能发电成本上可与传统电源相竞争，更具光明前景［1，2］。
半导体太阳能电池是直接把太阳能转化为电 能的器件。
根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅、化合物、聚合物、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且在应用中 居主导地位。
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 24.7%,规模生产时的效率可达到15%［3,4］。
1实验原理太阳能电池利用半导体两块掺杂不同材料形 成的P-N 结受光照射时形成的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构为一个大面积平面P-N 结,图1为P-N 结示意图。
太阳能电池伏安特性研究实验报告太阳能电池伏安特性研究实验报告引言：太阳能电池作为一种可再生能源的重要组成部分，其伏安特性的研究对于提高太阳能电池的效率和稳定性具有重要意义。
本实验旨在通过对太阳能电池的伏安特性进行研究，探索太阳能电池的工作原理和性能特点。
实验方法：1. 实验器材准备：本实验使用的太阳能电池为多晶硅太阳能电池，实验器材包括电流表、电压表、可变电阻器、直流电源等。
2. 实验步骤：（1）将太阳能电池与电流表、电压表、可变电阻器和直流电源连接，组成电路。
（2）通过调节可变电阻器的电阻值，改变电路中的电阻大小，记录不同电阻下的电流和电压值。
（3）根据记录的电流和电压值，绘制太阳能电池的伏安特性曲线。
实验结果与分析：通过实验记录的数据，我们绘制了太阳能电池的伏安特性曲线。
在伏安特性曲线中，横轴表示电压，纵轴表示电流。
曲线的特点如下：1. 开路电压（Voc）：伏安特性曲线的横轴上的点表示太阳能电池的开路电压，即在没有负载电阻的情况下，太阳能电池的输出电压。
通过实验测量，我们得到了太阳能电池的开路电压为XV。
2. 短路电流（Isc）：伏安特性曲线的纵轴上的点表示太阳能电池的短路电流，即在短路状态下，太阳能电池的输出电流。
通过实验测量，我们得到了太阳能电池的短路电流为XI。
3. 最大功率点（Pmax）：伏安特性曲线上的最高点表示太阳能电池的最大功率点，即太阳能电池在最佳工作状态下的输出功率。
通过实验测量，我们得到了太阳能电池的最大功率为XP。
通过分析伏安特性曲线，我们可以得出以下结论：1. 太阳能电池的输出电流随着负载电阻的增加而逐渐减小，而输出电压则随之增加。
这是因为负载电阻的增加导致电流通过的路径变长，从而增加了电阻，降低了电流。
2. 在太阳能电池的伏安特性曲线中，最大功率点位于曲线的拐点处。
在最大功率点处，太阳能电池的输出功率最大，这也是太阳能电池的最佳工作状态。
3. 太阳能电池的伏安特性曲线受到光照强度和温度等因素的影响。
