不同光照强度下太阳能电池的伏安特性

请认真填写
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
请认真填写
请在两周内完成，交教师批阅
附件：（实验曲线请附在本页）。

太阳能电池的光照特性及实验估测人教版高中物理第二册必修和选修课本都在“闭合电路欧姆定律”一节选用了有关太阳能电池的习题。

许多学生套用干电池电动势和内电阻可视为定值的“约定”，误以为太阳能电池也该如此。

究竟太阳能电池有怎样的特征?笔者探讨如下，仅供参考。

一、太阳能电池简介太阳能电池是光电池的一种，它是直接利用光能产生电能的器件。

太阳能电池通常用硒、砷化镓、硅等多种材料制成，耳前用得最广的是硅材料制成的硅光电池(目前各种资料给出的多为此种电池的参数)。

实质上，硅光电池就是一个大面积的P-N结，其原理、光谱响应特性与光电二极管相同。

早期的硅光电池原材料为单晶硅，大多是用坩锅法拉制出来的，成品率不很高，又要经过掐头去尾、切片、研磨等加工工序，材料损失很大，故造价较高。

这种单晶硅太阳能电池的结构如图1所示，是在N型硅片上扩散硼而形成P型层(或在P型硅单晶片上扩散N型杂质制成)。

为减少表面对光的反射，在其表面形成了由SiQ2制成的保护膜，并引出正、负电极，形成光电池。

由于硅太阳能电池对所用的硅材料的要求不象晶体管、可控硅器件、集成电路那样严格(即要求杂质及位错少)，所以近几年已经采用多晶硅直接制造太阳能电池(多晶硅又名非晶硅)。

图2为采用氢化非晶硅为基底材料的非晶硅太阳能电池的结构图，它以玻璃材料(及多种廉价材料)作衬底，所以可根据用途切割成不同的大小形状，使用起来非常方便。

这种非晶硅太阳能电池不仅工艺成本低，而且光吸收系数比单晶硅太阳能电池大一个数量级，因此只需要1μm厚的薄层就能有效地吸收阳光(单晶硅太阳能电池则需要25μm以上厚度)。

因此，其造价约为单晶硅太阳能电池的50%，这样类型的太阳能电池在各方面得到更广泛的应用。

太阳能电池主要用作电源。

它特别适用于人造卫星、宇宙飞船(从某种意义上说，太阳能电池的寿命决定了它们的工作寿命)；另外，也适用于无人值守的灯塔、航标灯、山顶电视中继站、气象观测站等用途，也适用于边远农村、牧区、哨卡等野外工作照明用电及生活用电、沙漠地区灌溉用电等。

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。

太阳能电池是一种能够将太阳光转化为电能的装置。

它是一种利用光生电学效应来实现能量转换的装置，通过使光子激发半导体材料中的自由电子，从而产生电流。

在太阳能电池中，光生电子的浓度和速率是影响电流输出的重要因素。

本文将对太阳能电池等效电路的公式和复合情况进行探讨。

一、太阳能电池等效电路公式1. 太阳能电池的等效电路模型在分析太阳能电池时，可以将其等效为一个电流源和一个二极管的串联电路。

该电路模型可以方便地用来分析太阳能电池的电流输出特性。

2. 太阳能电池的伏安特性方程太阳能电池的伏安特性方程描述了太阳能电池的输出电流与输出电压之间的关系。

通过对太阳能电池进行伏安特性测量，可以得到其伏安特性曲线，从而了解太阳能电池在不同光照条件下的输出特性。

3. 太阳能电池的等效电路公式太阳能电池的等效电路可以用电流源和电阻串联的等效电路来描述。

其等效电路公式可以表示为I = Iph - I0*(exp(qV/(nkT))-1)，其中Iph为光生电流，I0为饱和电流，q为元电荷，V为太阳能电池的输出电压，n为短路电流与开路电压的比值，k为玻尔兹曼常数，T为温度。

4. 太阳能电池的光生电流和饱和电流的计算光生电流和饱和电流是太阳能电池的重要参数，它们决定了太阳能电池的输出特性。

光生电流可以通过太阳能辐射度和太阳能电池的面积来计算，而饱和电流可以通过太阳能电池的材料参数和温度来计算。

二、太阳能电池的复合情况1. 太阳能电池的光生电流与电压的关系太阳能电池的光生电流与光照强度之间存在着线性关系。

光照强度越大，光生电流也越大。

而太阳能电池的输出电压与光照强度之间存在着非线性关系，输出电压随光照强度增大而增大，但增速逐渐减小。

2. 太阳能电池的温度特性太阳能电池的温度会对其输出特性产生影响。

一般来说，随着温度的升高，太阳能电池的输出电压会下降，而输出电流会增大。

这是因为温度升高会使太阳能电池的开路电压下降，但光生电流会增大。

3. 太阳能电池的光照衰减效应在实际应用中，太阳能电池往往会受到光照衰减效应的影响。

【实验原理】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化为电能。

在没有光照时在没有光照时, , 可将太阳能电池视为一个二极管可将太阳能电池视为一个二极管,,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为÷÷øöççèæ-=10nKT qUe I I (1)其中0I 是二极管的反向饱和电流是二极管的反向饱和电流,,n 是理想二极管参数是理想二极管参数,,理论值为1。

K 是玻尔兹曼常量是玻尔兹曼常量,,q 为电子的电荷量为电子的电荷量,,T 为热力学温度。

（可令nKTq=b ）由半导体理论知由半导体理论知,,二极管主要是由如图所示的能隙为V C E E -的半导体所构成。

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，光子被半导体所吸收，并产生电子收，并产生电子--空穴对。

电子电子--空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。

光电流示意图太阳能电池的基本技术参数除短路电流SCI 和开路电压OCU 外, 还有最大输出功率m axP 和填充因子FF 。

最大输出功率m axP 也就是IU 的最大值。

填充因子FF 定义为OCSC U I PFF max=(2)FF 是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。

FF 值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。

【实验内容及步骤】1.1.在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的U I -特性（直流偏压从V 0.30-）（1）设计测量电路图，并连接。

图1（2）利用测得的正向偏压时U I -关系数据，画出U I -曲线并求出常数nKTq=b 和0I的值。

2.2.在不加偏压时，在不加偏压时，在不加偏压时，用白色光照射，用白色光照射，测量太阳能电池一些特性。

测量太阳能电池一些特性。

注意此时光源到太阳能电池距注意此时光源到太阳能电池距离保持为cm20（1）设计测量电路图，并连接。

太阳能电池特性实验报告太阳能电池特性实验报告引言：太阳能电池是一种利用太阳能将光能转化为电能的装置，具有环保、可再生等特点，被广泛应用于各个领域。

为了深入了解太阳能电池的特性和性能，我们进行了一系列的实验，本报告将对实验过程和结果进行详细介绍和分析。

实验一：太阳能电池的光电流特性在本实验中，我们使用了一台太阳能电池测试仪，通过调节光照强度和测量电流、电压的变化，来研究太阳能电池的光电流特性。

实验结果显示，当光照强度逐渐增大时，太阳能电池的电流也随之增大。

这是因为光照强度的增加会激发更多的光子进入太阳能电池，从而产生更多的电子-空穴对，进而增加电流。

然而，当光照强度达到一定值后，电流的增加趋势开始趋于平缓，这是因为太阳能电池的内部电场已经饱和，无法再继续增加电流。

此外，我们还发现太阳能电池的电流与电压呈反比关系。

随着光照强度的增加，电流增大，但电压却逐渐降低。

这是因为太阳能电池的内部电阻会导致电压损失，而随着电流的增大，这种损失也会变得更加明显。

实验二：太阳能电池的温度特性在本实验中，我们通过改变太阳能电池的温度，来研究太阳能电池的温度特性。

实验结果显示，随着太阳能电池温度的升高，电流呈现出先增大后减小的趋势。

这是因为在较低温度下，电子和空穴的复合速率较低，电流较小；而在较高温度下，电子和空穴的复合速率加快，电流逐渐增大。

然而，当温度超过一定值后，电流开始下降，这是因为高温会导致太阳能电池内部的电子迁移率下降，从而减小了电流。

此外，我们还发现太阳能电池的温度对电压的影响较小。

随着温度的升高，电压基本保持稳定，这是因为太阳能电池的内部电场对温度变化不敏感。

实验三：太阳能电池的寿命特性在本实验中，我们通过长时间连续使用太阳能电池，来研究太阳能电池的寿命特性。

实验结果显示，太阳能电池在连续工作一段时间后，其性能会逐渐下降。

这是因为长时间的工作会导致太阳能电池内部材料的劣化，从而降低了太阳能电池的转换效率。

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。

太阳能电池的伏安特性研究实验报告以下是太阳能电池的伏安特性研究实验报告参考，供您参考。

一、实验目的本实验的目的是研究太阳能电池的伏安特性和光伏效应，探究太阳能电池的工作原理，并通过实验数据分析和实验结果验证理论模型的准确性。

二、实验原理太阳能电池是一种利用光电效应将太阳光转换成电能的装置。

在光伏效应中，太阳能电池将光能转化为电能，电池的电流和电压与光照强度和电池温度有关。

光伏效应产生的电能是由光子将电子从半导体的导带带到价带来产生的，这个过程中向外释放出电子，从而产生电流，如果将这些电子围捕起来，就能产生实际的电流。

太阳能电池的伏安特性是指光照不变时，太阳能电池输出电流与电压之间的关系。

实验过程中，我们需要利用一定的电路将太阳能电池直接连接到多用表上，研究得到太阳能电池的伏安特性波形和数据，明确太阳能电池的性能指标，为使用太阳能电池提供参考。

三、实验步骤1、将太阳能电池放置在日光下，将电池的阳极和阴极与多用表的电极接触。

2、调节多用表的量程，记录下此时太阳能电池的开路电压和短路电流。

3、改变光照强度，调节多用表的量程，记录下太阳能电池不同光照强度下的开路电压和短路电流。

4、记录实验数据并绘制出太阳能电池的伏安特性曲线。

四、实验结果根据实验数据和计算，我们得到太阳能电池的伏安特性曲线如下：（插入图片）五、实验结论通过实验可得知，太阳能电池的输出电压与电流之间存在明显的非线性关系，即太阳能电池的伏安特性曲线呈现出一个充满了峰谷的曲线，同时太阳光照强度对太阳能电池的输出电压和电流都产生了影响。

太阳能电池的输出电压随光照强度的增大而增大，输出电流随光照强度的增大而增大。

这些结果表明太阳能电池是一种可靠的能源转换器，其性能指标与使用环境和光照强度密切相关，对人类现代化生活和环境保护有着重要的意义。

一、实验目的1. 了解燃料电池的工作原理，观察仪器的能量转换过程。

2. 测量燃料电池输出特性，计算燃料电池的最大输出功率及效率。

3. 验证法拉第电解定律。

4. 研究太阳能电池的特性，绘制伏安特性曲线。

二、实验原理1. 燃料电池工作原理：燃料电池是一种将燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的装置。

燃料通常是氢气、甲醇、乙醇、天然气或其它的碳氢化合物，氧化剂则可以用空气中的氧。

反应生成物为水，对环境无污染。

2. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）：在常温下工作，其基本结构如图1所示。

全氟磺酸质子交换膜为固体聚合物薄膜，厚度0.05~0.1mm，提供氢离子（质子）传输通道。

3. 法拉第电解定律：电解过程中，通过电解质溶液的电荷传递，电解质中的离子在电极上发生氧化还原反应，从而产生电能。

法拉第电解定律描述了电解过程中电荷与化学当量之间的关系。

4. 太阳能电池：将光能直接转换为电能的半导体器件。

太阳能电池的伏安特性曲线反映了太阳能电池在不同光照条件下的输出特性。

三、实验器材1. 燃料电池实验装置2. 电源3. 测量仪器（电压表、电流表、功率计）4. 太阳能电池5. 照度计6. 线路连接器材四、实验步骤1. 燃料电池实验（1）连接燃料电池实验装置，确保氢气和氧气供应正常。

（2）打开电源，调节电压和电流，观察燃料电池输出特性。

（3）记录燃料电池在不同电压和电流下的输出电压、电流和功率。

（4）计算燃料电池的最大输出功率及效率。

2. 太阳能电池实验（1）连接太阳能电池，确保光照条件良好。

（2）使用照度计测量光照强度。

（3）调节电压和电流，观察太阳能电池输出特性。

（4）记录太阳能电池在不同光照条件下的输出电压、电流和功率。

（5）绘制太阳能电池的伏安特性曲线。

五、实验结果与分析1. 燃料电池实验根据实验数据，绘制燃料电池的输出特性曲线，计算最大输出功率和效率。

分析燃料电池在不同电压和电流下的性能变化，探讨影响燃料电池输出特性的因素。

太阳能发电测试系统实验指导书咸阳职业技术学院2014年06月目录一、太阳能发电系统简介二、太阳能发电系统实验装置设计方案三、实验一：太阳能光伏板的发电原理实验四、实验二：环境对光伏转化影响实验五、实验三光伏系统中太阳能电池直接负载实验六、实验四太阳能光伏板能量转换实验七、实验五：太阳能控制器工作原理实验八、实验六光伏控制器充放电保护实验力、实验七控制器的各项保护功能实验十、实验八：离网逆变器工作原理实验十一、实验九：独立光伏发电系统一、太阳能发电系统简介太阳能组件吸收阳光，然后转换为电能，通过控制系统储存于蓄电池中，当你需要的时候再通过控制（逆变）系统转换为你需要的电能！太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。

如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。

各部分的作用为：（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。

其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。

在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。

其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；（三）蓄电池：一般为铅酸电池或胶体电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

（四）逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。

为能向220VAC 的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

太阳能发电系统的设计需要考虑的因素：1、太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？2、系统的负载功率多大？3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？4、系统每天需要工作多少小时？5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？6、负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？7、系统需求的数量。