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

1、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。

2、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。

3、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

4、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。

5、实验结果

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。