實(shí)驗(yàn)6.24太陽能電池特性測試

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解太陽能電池的原理2．測量太陽能電池的伏安特性曲線3．繪制太陽能電池輸出功率隨輸出電壓的變化曲線4．測量太陽能電池的開路電壓，短路電流，最大輸出功率，填充因子等特性參數(shù)實(shí)驗(yàn)原理1．太陽能原理

太陽能電池就是通過半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。目前太陽能電池應(yīng)用領(lǐng)域除人造衛(wèi)星和宇宙飛船外，已應(yīng)用于許多民用領(lǐng)域：如太陽能汽車、太陽能游艇、太陽能收音機(jī)、太陽能計(jì)算機(jī)、太陽能鄉(xiāng)村電站等。太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積平面P-N結(jié)，

P-N結(jié)受光照射時(shí)產(chǎn)生光伏效應(yīng)而發(fā)電N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體

在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素（如硼），就形成了P型半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體中有相當(dāng)數(shù)量的空穴。N型半導(dǎo)體中有相當(dāng)數(shù)量的自由電子。當(dāng)兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成P-N結(jié)時(shí)，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，在P-N結(jié)附近形成空間電荷區(qū)與勢壘電場。勢壘電場會(huì)使載流子向擴(kuò)散的反方向作漂移運(yùn)動(dòng)，最終擴(kuò)散與漂移達(dá)到平衡，使流過P-N結(jié)的凈電流為零。在空間電荷區(qū)，P區(qū)的空穴被來自N區(qū)的電子復(fù)合，N區(qū)的電子被來自P區(qū)的空穴復(fù)合，使該區(qū)內(nèi)幾乎沒有能導(dǎo)電的載流子，又稱為結(jié)區(qū)或耗盡區(qū)。光伏效應(yīng)

當(dāng)光電池受光照射時(shí)，部分電子被激發(fā)而產(chǎn)生電子——空穴對(duì)，在結(jié)區(qū)激發(fā)的電子和空穴分別被勢壘電場推向N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)有過量的電子而帶負(fù)電，P區(qū)有過量的空穴而帶正電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢，這就是光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。這個(gè)電動(dòng)勢與光照強(qiáng)度有關(guān)。將P-N結(jié)兩端接入外電路，就可向負(fù)載輸出電能。將P-N結(jié)兩端開路，可以測得這個(gè)電動(dòng)勢，稱之為開路電壓Uoc。對(duì)晶體硅電池來說，開路電壓的典型值為0.5～0.6V。將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個(gè)電流稱為短路電流Isc。

Uoc代表開路電壓，Isc代表短路電流，圖中紫色線圍出的面積為太陽能電池的輸出功率。與最大功率Pm對(duì)應(yīng)的電壓稱為最大工作電壓Um，對(duì)應(yīng)的電流稱為最大工作電流Im

。填充因子FF定義為：

FF=

它是評(píng)價(jià)太陽能電池輸出特性好壞的一個(gè)重要參數(shù)，它的值越高，表明太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率越高。實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求改變太陽能電池負(fù)載電阻的大小，測量輸出電壓、電流值，并計(jì)算輸出功率。畫出太陽能電池伏安特性曲線及輸出功率隨電壓的變化曲線。測出開路電壓Uoc、短路電流Isc、最大輸出功率Pm、最大工作電壓Um、最大工作電流Im，計(jì)算填充因子FF。（可用EXCEL）接線：①將電流測量端口與可變負(fù)載串聯(lián)后接入太陽能電池的輸出端，②將電壓表并聯(lián)到太陽能電池兩端。負(fù)載電阻輸出電壓U(V)輸出電流I(mA)功率P=U×I(mW)RUI

UIRUIRUI∞

UOC

0.9

999.9

99.9

9.9

0.8

899.9

89.9

8.9

0.7

799.9

79.9

7.9

0.6

699.9

69.9

6.9

0.5

599.9

59.9

5.9

0.4

499.9

49.9

4.9

0.3

399.9

39.9

3.9

0.2

299.9

29.9

2.9

0.1

199.9

19.9

1.9

0

ISC注意事項(xiàng)光源正對(duì)太陽能電池板，電池板和配套光源在工作時(shí)溫度很高，切不可用手觸摸，以免被燙傷,。絕不允許用水打濕太陽能電池板和配套光源，以免觸電和損壞該部件。

配套“可變負(fù)載”所能承受的最大功率是1W，只能使用于該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。電流表的輸入電流不得超過2A，否則將燒毀電流表。

電壓表的最高輸入電壓不得超過25V，否則將燒毀電壓表。數(shù)據(jù)測量結(jié)束，盡快關(guān)閉光源影響光電流的因素：

1.通過光照在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)愈多，電流愈大。

2.界面層吸收的光