太阳能电池材料电子教案(光生伏特效应)

太阳能光伏电池实验讲义一、实验目的1、了解pn结基本结构与工作原理；2、了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理；3、掌握pn结的伏安特性及伏安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，了解光源波长、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。

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。

这种效应是半导体材料的一种通性。

如图1所示，当特定频率的光辐照到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，载流子重新分布导致半导体材料内部产生电动势。

如果构成回路就会产生电流。

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。

光生伏特效应英文名称：Photovoltaic effect。

光生伏特效应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。

光生伏特效应--(可制作光电池、光敏二极管、光敏三极管和半导体位置敏感器件传感器）；侧向光生伏特效应（殿巴效应）--(可制作半导体位置敏感器件（反转光敏二极管）传感器）；PN结光生伏特效应--(可制作光电池、光敏二极管和光敏三极管传感器）。

光电伏特效应概述1.P-N结太阳能电池发电的原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射直接转换为电能。

在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P型硅和N型硅对外部来说是电中性的。

如将P型硅或N型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出变化。

尽管通过光的能量电子从化学键中被释放，由此产生电子－空穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴“复合”。

当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。

这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。

N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。

达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是P－N结。

至今为止，大多数太阳能电池太阳能电池厂家都是通过扩散工艺，在P型硅片上形成N型区，在两个区交界就形成了一个P －N结（即N+／P）。

太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P－N结。

2.光生伏特效应如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。

界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。

电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。

通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。

此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。

太阳能光伏发电系统工程实训实验教材实验一太阳能光伏发电系统设计一.实验原理当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流，这种现象称为光生伏打效应。

太阳能电池是一种利用光生伏打效应把光能转换为电能的器件，当太阳光照射到半导体p-\结时，就会在p-\结两边产生电压，使PY结短路，从而产生电流。

这个电流随着光强度的加大而增大，当接受的光强度达到一定数量时，就可以将太阳能电池看成恒流电源。

太阳能电池开路电压（Voc）一般在3V至0.6V范围，短路电流（Isc）通常低于8A。

太阳能电池板通常定义为封装和连接在一起的一个以上电池。

太阳能电池板有不同的电圧和电流范围，但功率产生能力一般为50 W至300 W o太阳能电池和电池板有许多相同的需要测试参数，如Voc, Isc, Pmaxluatnou Voltage图1：太阳能电池I-V曲线二.实验内容1、太阳能控制系统的设计利用SMA软件设计一个太阳能控制系统方案2、太阳能电池板参数测试（1）开路电压\「oc测量用太阳能功率计记录不同光照强度E时的电压值V0C（2）短路电流ISC测量。

用太阳能功率计记录不同光照强度E时的电流值ISC找岀电池输岀最大功率时的电压值和电流值。

I-V 曲线（图1）上的Pmax 点通常 被称为最大功率点（MPP ）Vmax ----- 在Pmax 点，电池的电压值。

Imax ------ 在Pmax 点，电池的电流值。

（4） 器件的转换效率II 测量。

当太阳能电池连接到某个电路时，这个值等于被 转换的能量（从吸收的太阳光到电能）与被采集的能量的白分比。

这个值可以通 过将Pmax 除以输入的光辐照度（E,单位是W/m2,在标准测试条件下进行测量）， 再乘以太阳能电池的表面积（AC,单位是平方米）计算得到。

Pmn 二 -------------Ex Ac（5） 填充因子（FF ） — Pmax 除以VOC 再乘上ISC 。