2025年新能源科學(xué)與工程考研光伏技術(shù)試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在硅的PN結(jié)中，P區(qū)相對(duì)于N區(qū)多余的載流子主要是：(A)空穴(B)電子(C)自由電子和空穴(D)離子2.太陽(yáng)光譜中，哪種波長(zhǎng)的光子能量最高？(A)紅外光(B)可見(jiàn)光(C)紫外光(D)X射線(xiàn)3.太陽(yáng)能電池的等效電路中，表示電池內(nèi)部損耗的參數(shù)是：(A)短路電流(B)開(kāi)路電壓(C)串聯(lián)電阻(D)填充因子4.下列哪種光伏電池技術(shù)屬于薄膜電池？(A)單晶硅PERC電池(B)非晶硅電池(C)多晶硅電池(D)IBC電池5.提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵途徑之一是：(A)增大電池面積(B)減少表面復(fù)合(C)降低成本(D)提高電池厚度6.光伏組件中，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備是：(A)逆變器(B)充電控制器(C)太陽(yáng)能電池片(D)BOS部件7.光生伏特效應(yīng)中，將光能轉(zhuǎn)化為電能的核心區(qū)域是：(A)P區(qū)(B)N區(qū)(C)PN結(jié)(D)金屬接觸層8.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的主要材料化學(xué)式是：(A)Si(B)GaAs(C)Cu(In,Ga)Se2(D)ABX39.影響太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓的主要因素是：(A)電池溫度(B)電池面積(C)太陽(yáng)輻照度(D)串聯(lián)電阻10.光伏產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方面是：(A)技術(shù)快速迭代(B)降低制造成本(C)加強(qiáng)電池回收利用(D)以上都是二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線(xiàn)上）1.半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電的載流子主要是______和______。2.太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率定義為輸出電功率與入射太陽(yáng)輻射功率之比，通常用______表示。3.為了減少太陽(yáng)能電池表面的復(fù)合，通常需要對(duì)電池表面進(jìn)行______。4.常用的硅太陽(yáng)能電池封裝材料中，用于透光和保護(hù)的層是______。5.光伏系統(tǒng)中，連接太陽(yáng)能電池串、并聯(lián)及與外部電路的導(dǎo)線(xiàn)、連接器等屬于______。6.當(dāng)太陽(yáng)能電池輸出端短路時(shí)，測(cè)得的電流稱(chēng)為_(kāi)_____電流。7.當(dāng)太陽(yáng)能電池輸出端電壓為零時(shí)，測(cè)得的電流稱(chēng)為_(kāi)_____電壓。8.填充因子是衡量太陽(yáng)能電池性能的重要參數(shù)，定義為_(kāi)_____與______之比。9.目前主流的晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)路線(xiàn)包括______、______和______。10.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相較于傳統(tǒng)硅電池，其主要優(yōu)勢(shì)之一是______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述光生伏特效應(yīng)的基本過(guò)程。2.簡(jiǎn)述什么是光伏電池的等效電路模型，并說(shuō)明其中主要參數(shù)的物理意義。3.簡(jiǎn)述PERC太陽(yáng)能電池技術(shù)的原理及其主要優(yōu)勢(shì)。4.簡(jiǎn)述影響光伏組件輸出功率的主要因素。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.已知一個(gè)太陽(yáng)能電池在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（AM1.5,1000W/m2,25°C）下，其短路電流密度Jsc為33mA/cm2，開(kāi)路電壓Voc為0.6V，填充因子FF為0.75。請(qǐng)計(jì)算該電池在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的理論最大轉(zhuǎn)換效率。2.一個(gè)簡(jiǎn)單的光伏電路由一個(gè)太陽(yáng)能電池（其等效電路參數(shù)為：Voc=0.5V,Isc=10mA,Rs=5Ω,Rsh=1000Ω）和一個(gè)阻值為50Ω的負(fù)載電阻串聯(lián)組成。請(qǐng)計(jì)算該電路的輸出電壓和功率。五、論述題（每題15分，共30分）1.試比較晶體硅太陽(yáng)能電池與薄膜太陽(yáng)能電池在材料、工藝、性能、成本和應(yīng)用方面的主要差異。2.隨著光伏技術(shù)的快速發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)面臨哪些主要的挑戰(zhàn)？請(qǐng)選擇其中一至兩個(gè)挑戰(zhàn)，闡述其具體內(nèi)容并提出可能的解決方案。試卷答案一、選擇題1.(A)2.(C)3.(C)4.(B)5.(B)6.(A)7.(C)8.(D)9.(C)10.(D)二、填空題1.自由電子，空穴2.η(eta)3.鈍化4.膠膜5.BOS(系統(tǒng)平衡部件)6.短路7.開(kāi)路8.最大輸出功率，開(kāi)路電壓9.P型，N型，非晶硅10.電池效率高/轉(zhuǎn)換效率高三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：描述光子照射半導(dǎo)體產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)作用下，電子和空穴被分離并分別向N區(qū)和P區(qū)漂移，形成光生電流的過(guò)程。2.解析思路：介紹太陽(yáng)能電池可以等效為一個(gè)理想二極管串聯(lián)一個(gè)電阻（串聯(lián)電阻）再并聯(lián)一個(gè)電阻（并聯(lián)電阻/漏電流電阻）。解釋各參數(shù)：短路電流、開(kāi)路電壓、理想二極管伏安特性、串聯(lián)電阻導(dǎo)致功率損失、并聯(lián)電阻導(dǎo)致暗電流增大。3.解析思路：說(shuō)明PERC（鈍化發(fā)射結(jié)和背面接觸）技術(shù)是在傳統(tǒng)BSF電池背面增加一層鈍化層（如SiNx）和一層發(fā)射結(jié)接觸層。解釋其原理：鈍化層減少背表面復(fù)合，接觸層減少前表面復(fù)合。優(yōu)勢(shì)：顯著提高電池效率（約0.2-0.3%），降低成本。4.解析思路：列出影響光伏組件輸出功率的因素：太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)光光譜、電池溫度、電池劣化（衰減）、組件串并聯(lián)連接方式、BOS損耗等。四、計(jì)算題1.解析思路：根據(jù)公式η=FF*(Voc/Jsc)*Pmax/Pin，其中Pin=1000W/m2(標(biāo)準(zhǔn)條件下)，Pmax=Jsc*Voc*FF。代入Jsc=33mA/cm2=0.033A/cm2,Voc=0.6V,FF=0.75，計(jì)算Pmax，再代入公式計(jì)算效率。計(jì)算：Pmax=0.033*0.6*0.75=0.01485W/cm2=148.5W/m2。η=0.75*(0.6/0.033)*(148.5/1000)=0.75*18.18*0.1485≈20.73%。2.解析思路：畫(huà)出等效電路圖。根據(jù)歐姆定律和基爾霍夫定律，電路總電壓等于電池電壓，即V=Voc-I*(Rs+Rload)，其中I為電路電流。負(fù)載上的電壓Vload=I*Rload。聯(lián)立方程求解I，再代入求Vload和Pload(Pload=I2*Rload)?；蛘?，可以求整個(gè)回路的總電阻R_total=Rs+Rload，總電流I=Voc/R_total，然后求Vload和Pload。五、論述題1.解析思路：*材料差異：硅（晶體/薄膜），薄膜材料種類(lèi)多（CdTe,CIGS,鈣鈦礦等）。*工藝差異：晶體硅多為高溫、濕法工藝；薄膜多為低溫、非晶或低溫沉積工藝。*性能差異：晶體硅效率較高（目前主流>22%），薄膜效率相對(duì)較低（但可柔性化、輕量化）。*成本差異：傳統(tǒng)晶體硅成本下降快，薄膜（尤其非晶）成本較低，鈣鈦礦成本潛力大但穩(wěn)定性待提高。*應(yīng)用差異：晶體硅為主流，用于大型地面電站、分布式屋頂；薄膜用于建筑一體化、小型便攜、柔性應(yīng)用；鈣鈦礦尚在發(fā)展中，潛力巨大。2.解析思路：（選擇挑戰(zhàn)1：效率與成本）*挑戰(zhàn)內(nèi)容：盡管光伏成本大幅下降，但在某些應(yīng)用場(chǎng)景下（如無(wú)補(bǔ)貼市場(chǎng)、地面電站），與其他能源（如風(fēng)光儲(chǔ)、氫能）相比，度電成本（LCOE）仍具挑戰(zhàn)；電池效率提升雖快，但接近理論極限，進(jìn)一步提升難度大且成本高；大規(guī)模部署帶來(lái)的土地資源、環(huán)境影響等問(wèn)題。*解決方案：*技術(shù)層面：研發(fā)更高效率、更低成本的電池技術(shù)（如鈣鈦礦疊層、新型硅基材料）；提升制造工藝水平，降低生產(chǎn)能耗和成本；發(fā)展智能光伏、BI