太阳能电池特性研究实验论文资料
业：
级：
号：
年12月15日
：本文对硅太阳能电池中的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅
开路电压与短路电流随光强变化、输出特性作了初步
.
：太阳能电池特性、单晶、多晶、非晶、暗伏安特性、开路电压与短路电
用的能源之一。20世纪以来，随着社会经济的
对能源的需求量不断增长。太阳能资源具有数量巨
的优点，具有很大的开发潜能。同时太阳
间断性和不稳定性、效率低和成本高的缺点，制约着太阳能的普及
这需要科研设计来克服。通过研究三种太阳能电池的光电特性，了解各自
太阳能电池的分类
也称光伏电池或光电池。美
Bell实验室于1954年研制成功第一块太阳能电池，但是效率太低，造价又
因此没有多少商业价值。后来由于航天科技的逐步发展，太阳能电池
在太空飞行器中太阳能电池成为必不可少的重要元
这也促进了太阳能电池的开发研究。由于许多新技术的采用，太阳能电池的
MartinA.Green领导的研究小
24.7％。太阳能电池依据不同的标准，
根据太阳能电池技术的成熟程度来划分，可以分成以下
1代太阳能电池，主要是晶体硅太阳能电池；第2代太阳能电池，
第3代太阳能电池，主要是各种新概念太阳能电池。
可以分为硅太阳能电池、化合物太阳能
有机薄膜太阳能电池和燃料敏化太阳能电池等几种。根据太阳能电池的结
多晶硅太阳能电池、非晶硅太
开路电压与短路电流随光强变化、输出特性作了初步的
.
发展太阳能意义
产品生产规模的扩大和成本的降低，对太阳能的兴趣将进
太阳能经济的目标就是实现与电网的同价，即未经补贴的太阳能成本
"到
年，至少有10个光照强烈的地区将实现电网同价"。但是这些地区几乎可
仍然需要离网的解决方案，从而为偏远社区提供能源。尽
更
40%。而且替换电池还有额外
因为电池的寿命不太可能和太阳能板一样长。电器的效率也对离网太阳
PV系统引入发展中国家的经
如果一个村庄能分别安装节能灯和新型的冰箱和电脑，那
3.5万美元降低到仅8300美元
太阳能电池的工作原理
.硒.砷化镓.硫化镉等，但目前在全球
因此本文中主要以硅材料太阳能电池
2-1所示，晶体硅太阳能电池是用硅材料制
pn结进行工作的，一般是以P型硅半导体材料作为基质材料，在P型
n型层，然后在n型层上面制作金属栅
作为正面接触电极，在整个背面制作作为背面接触电极的金属膜。太阳能电
当太阳能电池
pn结受到太阳光的照射时，如果入射光子
则在n区、P区和
在结附
n区中产生的少数载流子会因为存在浓度梯
pn结的距离小于它
就会有扩散到结界面处的
几率。在结
P区与n区交界面的两侧存在一个被称为耗
在耗尽层内的正负电荷间会形
n区指向P区的内建电场。
P区，而扩散到结界
n区，结区内产生的电子一空穴对会被
n区和P区。在外电路处于开路状态的情况下，这些光生电
pn结附近，结果使P区获得附加正电荷，n区获得附加负电
pn结上就会产生光生电动势。这一现象称为光生伏打效应，也称光伏效
太阳能电池将太阳光能转换为电能是依赖自然光中的的量子--光子．而每个
Eph:
λ)=hc
h表示普朗克常数（6.626*10^-34J.S）,c表示光速（3*10^8m/s）, λ
便可以由转换为电能，若光子所携带得能量小于能隙时，光子没有足够的能
不会产生任何的电流，因此并非所有光子都能顺利地由太
），一般太阳能电池的转换效率在20％左右。
实验过程
．硅太阳能电池的暗伏安特性测量
6所示。将待测的太阳能电池接到
50Ω后串连进电路起保护作用，用电压表测量太
0V，然后逐渐增大输
0.1V记一次电流值。记录到表1中。 将电压输入调到0V。然
1中。
(V) 电流(mA)
多晶硅 非晶硅
-1.7 -1 -0.082
-1.5 -0.9 -0.076
-1.3 -0.6 -0.066
-1 -0.4 -0.055
-0.8 -0.2 -0.044
-0.6 -0.142 -0.033
-0.4 -0.075 -0.022
-0.2 -0.033 -0.011
0 0 0
0 0.011 0.003
0.1 0.029 0.006
0.2 0.067 0.009
0.3 0.1 0.013
0.5 0.3 0.016
0.8 0.8 0.02
1.7 2.1 0.025
4.5 6.5 0.035
10.8 15.9 0.048
29.8 41.4 0.069
50.9 67.3 0.087
87.5 107.8 0.11 图6 伏安特性测量接线原理图 表1 三种太阳能电池的暗伏安特性测量
0.142
0.2
0.5
1
4.6
14.5
31
48.6
加反向电压时，单晶硅电流大于多晶硅，大于非晶硅，而且电流非常
才明显增大。
．开路电压，短路电流与光强关系测量
5分钟。
将光功率探头装在太阳能
探头输出线连接到太阳能电池
。由近及远移动滑动支
5㎝）
I,记录对应的光强值.
测试仪设置为“电压表”状态．按图2A接线。按测量光强时的距离值（光
5cm记录对应的开路电压值Uoc。
2B接线．将太阳能电池输出线连接到电流表，按测量光强时的距离
5cm记录对应的短路电流值Isc。
I，三种太阳能电池的开路电压值Uoc、短路电流值Isc记录
2中。
短路电流随光强变化的关系曲
cm） 10 15 20 25 30 35 40 45 50
I（W/m2） 1072 540 292 182 127 92 72 58 48
开路电压Voc（V） 2.98 2.85 2.75 2.67 2.61 2.55 2.5 2.45 2.4
（mA) 132.1 57.1 31.7 20.2 14.1 10.5 8.1 6.6 5.4
开路电压Voc（V） 2.93 2.78 2.67 2.58 2.5 2.43 2.37 2.32 2.27
（mA) 91.6 40.3 23.6 15.2 10.9 8.2 6.5 5.2 4.3
开路电压Voc（V） 3.38 3.25 3.16 3.08 3.02 2.97 2.92 2.88 2.85
（mA) 17.2 7.6 4.2 2.6 1.8 1.3 1 0.8 0.7
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
（1）距离越大，光强越小
（2）光强越小，三种太阳能电池的开路电压与短路电流都变小
（3）光强变小时，开路电压改变较平缓，而短路电流一开始下降
测量太阳能电池输出特性
（如20cm），一定光照强度下,以电
U和电流I,并计算输出功率P=U×I，
3中。将单晶硅太阳能电
Pin=I×S,I为光强，S为太阳能电池板
,S=2.5*10^-3m2。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
电流I(mA) 32.1 31.7 31.6 31.4 31.1 30.9 30.8 30.7 30.6 30.4 29.9 28.3 26 21.8 12.8 电阻R（Ω） 0 6 12 19 25 32 39 46 53 60 68 79 90 112 199
0 6.34 12.64 18.84 24.88 30.9 36.96 42.98 48.96 54.72 59.8 62.26 59.8 52.32 32 表3 三种太阳能电池输出特性实验 D=20㎝ 光强I=292W/㎡ S=2.5*10^-3m2 Pin=I×S=730mW
多晶硅 电流I(mA) 23.1 22.9 22 21.3 20.8 20.5 20.3 20.2 20.1 20 20 19.5 18.3 14.5 6.4 电阻R（Ω） 0 9 18 28 39 49 60 71 81 92 102 115 128 169 399 功率P(mW) 0 4.58 8.8 12.78 16.64 20.5 24.36 28.28 32.16 36 40 42.9 42.09 34.8 16 非晶硅 电流I(mA) 4.4 4.3 4.3 4.2 4.1 3.9 3.8 3.6 3.3 3 2.6 2 1.8 1.4 1.2 0.9 0.6 0.4 电阻R（Ω） 0 48 96 146 199 259 326 399 494 614 790 1090 1319 1649 2149 2949 4249 6649 功率P(mW) 0 0.86 1.72 2.52 3.28 3.9 4.56 5.04 5.28 5.4 5.2 4.4 4.14 3.36 3 2.34 1.62 1.12
3数据和图可以得出三种太阳能电池的最佳匹配负载分别为：
79Ω，多晶硅：116Ω，非晶硅：705Ω
填充因子FF定义为：
Pmax
其值越大，电池的光电转换效率
一般的硅光电池FF值在0.75到0.8之间。
ηs定义为：
s=Pmax
×100%
为入射到太阳能电池表面的光功率。
5所示。
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
因此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，
结构及组成组件时的
3中数据计算三种太阳能电池的填充因子：
图5不同光照条件下的U-I曲线
4 三种太阳能电池的填充因子
W/m2 单晶硅 多晶硅 非晶硅
Voc（V） 2.75 2.67 3.16
Isc(mA） 31.7 23.6 4.2
81.175 63.012 13.272
62.86 43.10 5.45
72.1% 68.4% 41.1%
5 三种太阳能电池的转换效率表
29.2mW/CM2 单晶硅 多晶硅 非晶硅
62.8 43.1 5.45
730 730 730
8.61% 5.90% 0.75%
．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，
．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；
．可变负载只能适用于本实验，否则可能烧坏可变负载；
．220V电源需可靠接地
：1、硅太阳能电池特性的实验研究（王志军、李守春、王连元、张金
、阳光下的现代化未来 陈琬君