太阳能电池特性测量
- 格式：pdf
- 大小：314.79 KB
- 文档页数：7
下载文档原格式
合集下载
太阳能电池特性的测量实验报告
太阳能电池特性的测量实验报告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．。
太阳能电池特性测试实验报告-资料类
太阳能电池特性测试实验报告－资料类关键信息项：1、实验目的2、实验设备与材料3、实验原理4、实验步骤5、数据记录与处理6、实验结果与分析7、误差分析8、结论与展望1、实验目的11 了解太阳能电池的工作原理和基本特性。
111 掌握太阳能电池的输出特性和效率的测量方法。
112 研究光照强度、负载电阻等因素对太阳能电池性能的影响。
2、实验设备与材料21 太阳能电池板211 光源模拟器212 数字万用表213 可变电阻箱214 数据采集卡及计算机3、实验原理31 太阳能电池的工作原理基于光伏效应，当光照射到半导体材料上时，光子能量被吸收，产生电子空穴对。
在内建电场的作用下，电子和空穴分别向两端移动，形成光生电动势。
311 太阳能电池的输出特性包括短路电流（Isc）、开路电压（Voc）、最大输出功率（Pm）等。
312 太阳能电池的效率（η）定义为输出电功率与入射光功率之比。
4、实验步骤41 连接实验设备，将太阳能电池板与光源模拟器、数字万用表、可变电阻箱等连接好。
411 调节光源模拟器的光照强度，设置不同的光照条件。
412 改变可变电阻箱的电阻值，测量太阳能电池在不同负载电阻下的输出电压（V）和输出电流（I）。
413 记录数据，包括光照强度、负载电阻、输出电压和输出电流等。
5、数据记录与处理51 将测量得到的数据整理成表格形式，包括光照强度、负载电阻、输出电压、输出电流等。
511 计算太阳能电池的短路电流（Isc）、开路电压（Voc）和最大输出功率（Pm）。
512 根据公式计算太阳能电池的效率（η）。
6、实验结果与分析61 绘制太阳能电池的输出特性曲线，包括输出电压输出电流曲线（VI 曲线）和输出功率输出电压曲线（PV 曲线）。
611 分析光照强度对太阳能电池输出特性的影响，随着光照强度的增加，短路电流和开路电压均增大。
612 研究负载电阻对太阳能电池输出功率的影响，存在一个最佳负载电阻，使得输出功率达到最大值。
太阳能电池特性测量
实验一太阳能电池的特性曲线测定
【实验目的】
测定太阳能电池的电流—电压特性及其功率曲线。
【实验原理】
太阳能电池模块的性能不仅与电池本身的特性有关，同时也和回路中的负载有关。
通过实验可以测定最大功率点，及MPP点，在此位置可以获得太阳能电池模块的最大输出功率。
测试电路如下：
【实验仪器】
太阳能电池模块1个，光源1个，电阻箱1个，电压、电流传感器各1个，
750型数据转换器1台，微型计算机1台。
【操作程序和数据】
如图连接电路。
将电压传感器和电流传感器与转换器连接并打开电源。
打开光源使灯光直射到太阳能电池板上。
等待一分钟以避免由于温度起伏引起的误差。
然后从开路状态（R=∞）开始测量电流—电压曲线，之后逐渐减小电阻，对每一个阻值记录相应得电压和
电流。
为了得到有代表性的结果，每一对数据测量的时间持续20秒左右。
【数据记录及数据处理】
根据记录的数据画出电流—电压曲线和电流—功率曲线。
【注意事项】
1．光源距离太阳能电池板的距离不宜太近，以免损坏太阳能电池。
2．实验过程中要注意观察回路中的输出电流，最大电流不能超过1.5A，以免损坏电流传感器。
1。
太阳能电池基本特性的测量
太阳能电池基本特性的测量一、实验目的：1、在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。
2、测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路电流(SC I )、开路电压(OC U )、最大输出功率m P 及填充因子FF ，)]U I /(P FF [O C SC m ∙=。
3、测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流SC I 和相对光强度0T T 之间关系，画出SC I 与相对光强0T T 之间的关系图；测量开路电压OC U 和相对光强度0T T之间的关系，画出OC U 与相对光强0T T之间的关系图。
二、实验原理：1、太阳能电池工作原理：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：)1e (I I Uo -∙=β (1)(1)式中，o I 和β是常数。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为V C E E -的半导体构成，如图1所示。
CE 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影响而产生光电流。
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sh R 与一个电阻s R 所组成，如图2所示。
图2中，ph I 为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流，d I 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：0R )I I I (U IR sh d ph s =---+ （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，dshph sh s I R U I )R R 1(I --=+（3） 假定∞=sh R 和0R s =，太阳能电池可简化为图3所示电路。
这里，)1e (I I I I I U 0ph d ph --=-=β。
太阳能电池特性测量
太阳能电池无光照特性测量实验目的在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线实验器材THQTN-1型太阳能电池特性测试仪（太阳能电池板、光功率计探头、直流电压表、直流电流表、直流稳压电源、负载电阻、入射光强指示、白炽灯、导轨等）实验原理一．太阳能电池板结构以硅太阳能电池为例，结构示意如图1。
硅太阳能电池是以硅半导体材料制成的大面积PN 结经串联、并联构成。
在N 型材料层面上制作金属栅线为面接触电极，这样就形成了太阳能电池板。
为了减少光电池表面的反射损失，一般在表面覆盖一层减反射膜。
二．无光照时，太阳能电池正向U I -特性太阳能电池工作原理基于光伏效应。
当光照射到太阳能电池板时，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换为电能。
在没有光照时，可将太阳能电池视为一个二极管，其正向电压与通过的电流I 的关系为0(1)U I I e β=- 式中，o I 和β是常数。
实验步骤：一．测量太阳能电池无光照时的伏安特性实验条件：用遮光罩挡光，使太阳能电池无光照。
太阳能电池正向电压测量范围：0～3.00V ，测量10个点，变化明显处测量间隔要小。
测量电路如图2所示。
太阳光电极 N P 型射膜图1 太阳能电池板结构示意图图2二.步骤：1.用导线按照电路图将实物连接好。
2.太阳电池合上暗室盖，电流表选择2mA档。
3.调节直流稳压电源，使电压值显示为数据表所示4.记录相应数据填入数据表中。
5.根据表格画出太阳电池无光照下的伏安特性曲线。
实验完成，整理好导线及器材。
实验结论：画出太阳能电池无光照时的伏安特性曲线。
仪器介绍：太阳能电池特性测试实验仪主要由两部分组成：1．太阳能电池实验仪部分有：太阳能电池板及锁紧螺钉，光功率计探头，白炽灯，导轨，底座，实验装置如图2所示。
图22．太阳能电池测试仪部分有：直流电压表，直流电流表，入射光强指示，直流稳压电源，负载电阻。
测试仪面板如图3所示。
太阳能电池的特性测量
太阳能电池的特性测量实验目的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）。
大学物理研究性实验报告_太阳能电池的特性测量
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。
太阳能电池的特性测量
太阳能电池特性测量实验报告学院能源与环境工程学院班级学号姓名林晓晨一、实验目的与实验仪器实验目的：（1）了解太阳能电池的光伏效应原理，了解单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池的差别；（2）研究在无光照情况下太阳能电池的伏安特性（即暗伏安特性）；（3）研究在光照情况下太阳能电池的输出特性。
实验仪器：ZKY-SAC-I 太阳能电池特性实验仪、可变负载、光源、导轨、遮光罩、光强探头、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。
二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1.太阳能电池光生伏特效应的原理光生伏特效应是指半导体材料由于受到光照而产生电动势的现象，简称光伏效应。
太阳能电池就是利用这种半导体P-N 结受到光照时的光伏效应进行发电的。
需要注意的是，太阳能电池产生光生伏特效应用于发电需要满足两个条件：（1）材料对光具有本征吸收（可以产生内光电效应）；（2）在太阳能电池内部可以形成内建电场，能够迅速分离光生载流子，且能够阻止光生载流子的复合。
2.太阳能电池的特性当无光照射在太阳能电池时，可以将太阳能电池等效为一个二极管；有光照射在太阳能电池时，则可以将其等效为一个受控电流源，其等效电路如图5.17-2 所示。
图中，I L为光照射到电池吸收层中产生的光生电流，当光照相对比较恒定的时候，光生电流不会随着工作状态改变，可以看做恒流源。
理想的太阳能电池正向电流IF与其压降UF之间满足以下关系式：三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）1.太阳能电池的暗伏安特性测量将电压源调到0V，然后逐渐增大输出电压，每间隔0.3V 记一次电流值，并将数据记录到表中。
将电压输入调到0V，并将“电压输出”接口的两根连线互换，即给太阳能电池加上反向的电压。
逐渐增大反向电压，每间隔1V 记录一次电流值，并将数据记录到表中。
绘制三种太阳能电池的伏安特性曲线。
2.开路电压、短路电流与光强关系测量打开光源开关，并预热 5 分钟。
实验20 太阳能电池特性的测量
实验20 太阳能电池特性的测量本实验主要是通过对太阳能电池进行测试，揭示其特性，并学习太阳能电池在太阳辐射下工作的原理、性能等知识。
本实验采用初级太阳能电池实验箱，结合数字万用表进行测试，具体步骤如下：1. 实验仪器及器材准备（1）初级太阳能电池实验箱：包括太阳能电池板、电源模块、电路模块、数字万用表模块等。
（2）数字万用表：测试电信号、电压、电流等数据。
（3）太阳能模拟灯盒：用来模拟太阳能电池板的照度。
2. 实验前准备工作（1）检查实验仪器及器材是否完好。
（2）检查太阳能板表面是否有明显污垢或划痕等。
（3）安装实验仪器和器材。
3. 实验步骤（1）将太阳能电池板放置在太阳能模拟灯盒下，调节灯源距离太阳能电池板的距离为300mm。
（3）打开电源模块，按照规定测试范围及精度设置数字万用表，并调节太阳能模拟灯盒的强度，开始测试。
（4）测试电压：调整数字万用表中测量电压区间，将红表笔连接正极，黑表笔连接负极，即可测量出太阳能电池板的输出电压。
（6）测试输出功率：测量出的电压和电流数值乘积即为太阳能电池板所输出的功率。
4. 实验注意事项（1）太阳能电池板应保证表面的清洁，不受任何污染物的影响。
（2）调整数字万用表的范围及精度，防止误差过大。
（3）测量电流时应注意防止太阳能电池板过载。
（4）测试时应谨慎操作，防止对数字万用表等仪器造成损坏。
（5）实验后注意对实验仪器及器材进行正确的清理和维护。
本实验的目的是为了通过测量太阳能电池的特性，揭示其原理和性能，了解太阳能电池的应用和发展情况，为今后的学习和研究打下基础。
因此，在实验中应注意以上细节，确保实验的准确性和可重复性，并加深对太阳能电池的认识和理解，为推进可再生能源技术的发展做出贡献。
物理实验太阳能电池特性测定原理
物理实验太阳能电池特性测定原理太阳能电池是一种将太阳光转换为电能的装置，它可以直接将太阳光转换为电能，具有清洁、可再生等优点。
太阳能电池的特性测定是判断太阳能电池输出电压、输出电流、光伏效率、填充因子等参数，这些参数决定了其在不同应用场合中的表现。
以下是太阳能电池特性测定的原理和方法。
1.光伏效应原理当光线照射在太阳能电池的PN结上，光能被吸收并激发带正负电荷的电子，带电的电子在PN结中形成电场，可产生电压和电流。
这种现象就是光伏效应，具有一定的光伏响应度。
2. IV 曲线原理通过测量太阳能电池在不同电压下的输出电流大小，可以绘制出一条 V-I 曲线。
在这条曲线上，太阳能电池的最大功率输出点为最大功率点(MPP)，对应的工作电压为最大功率点电压(V_mpp)，对应的工作电流为最大功率输出电流(I_mpp)。
从这条 V-I 曲线上还可以计算出填充因子、开路电压、短路电流等参数。
1. 实验装置太阳能电池、V-I 测量仪、多用表、光强计。
2. 实验步骤步骤一：准备实验装置。
将太阳能电池放在太阳下，使其接收到光照。
将 V-I 测量仪和多用表与太阳能电池接好。
步骤二：测量太阳能电池的开路电压和短路电流。
使用多用表测量太阳能电池的开路电压和短路电流，其中，短路电流是指将电路中两端短接后所得到的最大电流值。
步骤三：绘制 V-I 曲线。
使用 V-I 测量仪在太阳能电池的电路中连续测量不同电压下的输出电流大小。
记录数据并绘制 V-I 曲线。
步骤四：计算填充因子、最大功率点电压和最大功率输出电流。
步骤五：计算光伏转换效率。
使用光强计测量所接受的光强度，并使用测量得到的太阳能电池输出电流和光强度计算光伏转换效率。
三、总结太阳能电池的特性测定是重要的实验内容，通过测量各个参数可以确定太阳能电池在不同应用场景下的表现。
在实验中，需要使用多个实验设备，综合运用光学、电学的知识进行测量。
同时，也需要注意实验环境和实验操作的安全。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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CO 2、SO 2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CO 2已经超过500亿吨。
我国能源消费以煤为主，CO 2的排放量占世界的15%，仅次于美国，所以减少排放CO 2、SO 2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 /m 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。
2，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 /m 2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。
，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。
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 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。
称为开路电压。
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：。
scoc I V P F F ×=⋅max （1）填充因子是表征太阳电池性能优劣的重要参数，其值越大，电池的光电转换效率越高，一般的硅光电池FF 值在0.75~0.8之间。
转换效率ηs 定义为： %100(%)max×=ins P P η （2） Pin 为入射到太阳能电池表面的光功率。
理论分析及实验表明，在不同的光照条件下，短路电流随入射光功率线性增长，而开路电压在入射光功率增加时只略微增加，如图3所示。
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。
空间电荷区图1 半导体P-N 结示意图IV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%。
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可达到10%。
因此，多晶硅薄膜电池可能在未来的太阳能电池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，便于大规模生产，有极大的潜力。
如果能进一步解决稳定性及提高转换率，无疑是太阳能电池的主要发展方向之一。
实验仪器太阳能电池实验装置如图4所示，电源面板如图5所示。
图4 太阳能电池实验装置光源采用碘钨灯，它的输出光谱接近太阳光谱。
调节光源与太阳能电池之间的距离可以改变照射到太阳能电池上的光功率，具体数值由光功率计测量。
测试仪为实验提供电源，同时可以测量并显示电流、电压、以及光功率的数值。
电压源：可以输出0～8V连续可调的直流电压。
为太阳能电池伏安特性测量提供电压。
电压/光功率表：通过“测量转换”按键，可以测量输入“电压输入”接口的电压，或接入“光功率输入”接口的光功率计探头测量到的光功率数值。
表头下方的指示灯确定当前的显示状态。
通过“电压量程”或“光功率量程”，可以选择适当的显示范围。
电流表：可以测量并显示0～200mA的电流，通过“电流量程”选择适当的显示范围。
图5 太阳能电池特性实验仪实验内容与步骤1．硅太阳能电池的暗伏安特性测量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联关系。
本实验提供的组件是将若干单元并联。
要求测试并画出单晶硅, 多晶硅，非晶硅太阳能电池组件在无光照时的暗伏安特性曲线。
用遮光罩罩住太阳能电池。
测试原理图如图6所示。
将待测的太阳能电池接到测试仪上的“电压输出”接口，电阻箱调至50Ω后串连进电路起保护作用，用电压表测量太阳能电池两端电压，电流表测量回路中的电流。
图6 伏安特性测量接线原理图将电压源调到0V，然后逐渐增大输出电压，每间隔0.1V记一次电流值。
记录到表1中。
将电压输入调到0V。
然后将“电压输出”接口的两根连线互换，即给太阳能电池加上反向的电压。
逐渐增大反向电压，记录电流随电压变换的数据于表1中。
表1 3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。
讨论太阳能电池的暗伏安特性与一般二级管的伏安特性有何异同。
2．开路电压，短路电流与光强关系测量打开光源开关，预热5分钟。
打开遮光罩。
将光功率探头装在太阳能电池板位置，探头输出线连接到太阳能电池特性测试仪的“光功率输入”接口上。
测试仪设置为“光功率测量”。
由近及远移动滑动支架，测量距光源一定距离的光强I=P/S,P为测量到的光功率，S=0.2cm2为探头采光面积。
将测量到的光强记入表2。
将光功率探头换成单晶硅太阳能电池，测试仪设置为“电压表”状态。
按图7A接线，按测量光强时的距离值（光强已知），记录开路电压值于表2中。
按图7B接线，记录短路电流值于表2中。
将单晶硅太阳能电池更换为多晶硅太阳能电池，重复测量步骤，并记录数据。
将多晶硅太阳能电池更换为非晶硅太阳能电池，重复测量步骤，并记录数据。
表2 3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开路电压随光强变化的关系曲线。
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。
3．太阳能电池输出特性实验按图8接线，以电阻箱作为太阳能电池负载。
在一定光照强度下（将滑动支架固定在导轨上某一个位置），分别将三种太阳能电池板安装到支架上，通过改变电阻箱的电阻值，记录太阳能电池的输出电压V和电流I,并计算输出功率P O=V×I，填于表3中。
表3 3种太阳能电池输出特性实验 光强I= W/m2测量时注意判断功率极值，在极值点周围多测几组数据（电压间隔0.02V ）以使极值点准确，并记录极值点的负载大小。
课后根据表中实验数据作3种太阳能电池的输出伏安特性曲线及功率曲线，并与图2比较。
找出最大功率点，其对应的电阻值即为最佳匹配负载。
由（1）式计算填充因子。
由（2）式计算转换效率。
入射到太阳能电池板上的光功率P in =I×S 1，S 1若时间允许，可改变光照强度（改变滑动支架的位置），重复前面的实验。
为太阳能电池板面积。
【注意事项】1． 在预热光源的时候，需用遮光罩罩住太阳能电池，以降低太阳能电池的温度，减小实验误差；2． 光源工作及关闭后的约1小时期间，灯罩表面的温度都很高，请不要触摸； 3． 可变负载只能适用于本实验，否则可能烧坏可变负载； 4． 220V 电源需可靠接地。