实验五太阳能电池综合特性研究

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实验五太阳能电池综合特性研究

一、实验目的

1.了解太阳能电池的工作原理；

2.测量太阳能电池的输出特性；

3.观测从光能到电能的能量转换过程。

二、实验原理

太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。

当光照射到pn结上时，产生电子--空穴对，在半导体内部P-N结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n 区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在p-n结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，N区带负电，在N区和P 区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。

当把能量加到纯硅中时（比如以热的形式），它会导致几个电子脱离其共价键并离开原子。每有一个电子离开，就会留下一个空穴。然后，这些电子会在晶格周围四处游荡，寻找另一个空穴来安身。这些电子被称为自由载流子，它们可以运载电流。将纯硅与磷原子混合起来，只需很少的能量即可使磷原子(最外层五个电子)的某个“多余”的电子逸出，当利用磷原子掺杂时，得到的硅被成为N型（“n”表示负电），太阳能电池只有一部分是N型。另一部分硅掺杂的是硼，硼的最外电子层只有三个而不是四个电子，这样可得到P型硅。P型硅中没有自由电子。

三、实验仪器

本实验采用金属卤灯作为光源，能够保证光照稳定，且这种光源的光谱很接近太阳光谱，俗称“小太阳”。在此光源最近距离照射下，太阳能电池板输出开路电压为3.2V左右，短路电流500~600mA。

实验采用的测试仪拥有三个区域，区域1是电流表部分，包含两个档位，2A档和200mA 档；两个测量通道；都可以通过档位切换开关进行选择。区域2是电压表部分，具有20V

档和2V档，可通过电压档位切换开关选择合适的档位。区域3是恒流源部分，可以提供一个从0~350mA的可变恒流源。

可变负载：可变范围0.1~999.9Ω，最小间隔0.1Ω

四、实验内容

1、将电流表测量端口与可变负载串联后接入太阳能电池的输出端，将电压表并联到太阳能电池两端。打开金属卤灯进行预热，等待太阳能电池输出稳定。

2、保持光照条件不变，改变可变负载的大小，测量太阳能电池输出的电压值和电流值，同时计算输出功率。

3、根据测量结果，作出太阳能电池的伏安特性曲线；作出电池输出功率随输出电压的变化曲线。

五、实验结果

输出电压输出电流输出功率3.32 3.7 12.284

3.26

4.1 13.366

3.25 10.9 35.425

3.24 32.4 10

4.976

3.23 35.9 115.957

3.22 40.3 129.766

3.21 53.5 171.735

3.2 64 20

4.8

3.19 79.4 253.286

3.16 105 331.8

3.11 154 478.94

2.69 264 710.16

2.45 265 649.25

2.18 265 577.7

1.92 266 510.72

1.66 267 443.22

1.41 268 377.88

1.13 269 303.97

0.87 270 234.9

0.6 271 162.6

0.33 272 89.76

由图像可知太阳能电池的开路电压约为3.47V，短路电流约为277mA，最大输出功率约为710mW，最大工作电压2.70V，最大工作电流265mA，则可知

FF=Um*Im/Uoc*Isc=0.7387

由图像还可以发现，太阳能电池在最大工作电压以下工作时功率随输出电压线性增长，超过最大工作电压则会快速下降。