太阳能电池基本特性的测量

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1、太阳能电池基本特性的测量***，物理学系摘要：本实验旨在测量、验证太阳能电池的一系列物理特性。测量无光照条件下太阳能电池在正向偏压条件系下的伏安特性，推导并拟合了其特性曲线及发射系数，并试图用太阳能电池的理论模型来解释其伏安特性的分段性质。同时笔者还解释了在固定光强下太阳能电池的负载特性，推算出了1000lux下的填充因子。并且利用光功率测定仪，定量分析太阳能电池的光照特性。最后，使用不同滤色片滤光并测量对应太阳能电池短路电流，从而推算其禁带宽度。关键词：太阳能电池伏安特性发射系数填充因子禁带宽度Measurementofthe

2、basiccharacteristicsofsolarcellsYixiongKe,DepartmentofPhysicsAbstarct：Thisexperimentisaimedtoverifythebasiccharacteristicsofsolarcells.Theauthorhavemeasuredthevoltagecharacteristicofthesolarcellwithoutanyillumination.Basedonthesedata,theauthoralsohavecalculatedtheemi

3、ssioncoefficient,andtriedtoexplainthesamephysicsnatureunderthedifferentqualityindividedsection.Inaddition,theloadcharacteristicandthefillingfactorofthesolarcell,underfixedlightintensity,hasalsobeenmeasured.Similarly,bymeasuringtheelectricpropertieswithcolorfiltersand

4、photometers,theforbiddenbandwidthofthesolarcellhasbeencalculatedaswell.Keywords:solarcellsvoltagecharacteristicemissioncoefficientfillingfactorforbiddenbandwidth11一、引言太阳能电池又称硅光电池，其结构简单，具有重量轻、寿命长、价格便宜、使用方便等诸多优点。由于可以直接利用太阳光产生电能，它从其概念诞生以来就一直受到了热切的关注。1839年，光生伏特效应第一次由法国物理

5、学家A.E.Becquerel发现。1883年第一块太阳电池由CharlesFritts制备成功，虽然器件只有1%的效率。而今太阳能电池的转换效率被一次次地刷新，用途也在不断拓展。除了利用太阳能直接发电，它还可以用作为光信号探测器，在光电转换、自动控制和计算机输入和输出等现代化科学技术中发挥重要作用。因此对于其工作性能的了解有着重要意义。二、实验原理（1）1.太阳能电池的主要结构为PN结。根据理论分析，PN结正向偏压下的伏安特性可由下式给出Id=I0eeVnkT-1式中，Id为流过PN结的电流，I0是无光照时的反向饱和电流，V是

6、PN结上的电压，e是电子电荷，k是玻尔兹曼常量，T为热力学温度，n为发射系数，它与PN结的材料结构有关系，其值在1和2之间。太阳能电池的理论模型是由一理想电流源、一个理想PN结、一个并联电阻Rsh与一个电阻Rs所组成，如图1所示。其中Rsh为体电阻、Rs为接触电阻。由基尔霍夫定律得：IRs+I-IdRsh-U=0(2)代入（1）式可得U+RshI0eqUnkT-1=I(Rs+Rsh)（3）有光照的，太阳能电池直流模型。由基尔霍夫定律得：IRs-Iph-Id-IRsh+U=0(4)Rsh为漏电流的等效电阻，对于小面积的太阳能电池R

7、sh的典型值为103Ω~106Ω11对于硅太阳能电池一般有RsRsh≪1（5）U趋于0V时，有I=Iph-U+IRsRsh≈1+RsRsh-1Iph-URsh=Iph-URsh=Isc-URsh（6）可见，只要的U趋于0V的伏安特性曲线即可估算Rsh的值。（7）2.当光照射在太阳能电池表面的PN结上时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度，则光子将被太阳能电池吸收而产生电子-空穴对。以恒定速率产生的电子-空穴对提供了通过结的电流。太阳能电池输出的净电流I是光生电流IPh和两极管电流Id之差，即I=IPh-Id=IPh-I0

8、eeVnkT-1当太阳能电池的输出端短路时，即V=0，由上式可得到短路电流Isc=IPh;当太阳能电池的输出端开路时，即I=0，可测得开路电压Uoc。正常运行时，IPh比I0高几个数量级，因此上式中的1可以忽略。（8）3.填充因子FF是表征太阳能电池质量好坏的一