光伏基础实验(二)讲义

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1、光伏基础实验（二）实验目录实验1硅电池光伏效应实验实验2I・V测试系统及电池申并联实验实验3双电四探针测方块电阻和电阻率实验实验4反射率谱线测试在镀膜、制绒工艺中的检测实验实验1硅电池光伏效应实验本实验以单晶硅太阳能电池为例，通过实验让学生了解太阳能光伏电池的机理，学习和掌握测量短路电流的方法和技巧，以及光电转换的基木参数测量。一、实验目的1、初步了解太阳能电池机理；2、测量太阳能电池开路电压、短路电流、特征电阻与光强之间关系;3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系；4、测试硅电池对红、绿和蓝色光源的光谱响应。二、实验原理在P型半

2、导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p・n结(如图1),由于光照，在A、B电极Z间出现一定的电动势。在冇外电路时，只要光照不停止，就会源源不断地输出电流，这种现象称为光伏效应。利用它制成的元器件称之为太阳能电池。光伏效应最重大的应用是可以将阳光直接转换成电能，是当今世界众多国家致力研究和开拓应用的课题。从光伏效应的机理可知，当太阳能电池光照下并外接一负载他，太阳能电池输出的电流人是光生电流厶和在太阳能电池端电压7作用下产生的p-n结止向光图1光伏效应结构示意图电流厶之差,即/L=/P-/Fo根据p・n结的电流和电压关系e莎一1,(1)丿式(1)

3、中厶为反向饱和电流，k为波尔兹曼常数，T为太阳能电池温度，所以输出电流为

4、=眼，而心则取决于太阳能电池的特征电阻=牛。因町C和/sc均随光照强度的增强而增大，所不同的是町c与光强的对数成正比,/sc与光强（在弱光卜J成止比，所以亦随光强度变化而变化，如图3所示。K）C、/sc和7?ch都是太阳能电池的重要参数，最大输岀功率耳和気与Q乘积之比FF是表征太阳能电池性能优劣的指标，称为填充因子。FF越大，太阳能电池的转换效率就越高。性能较好的电池其F尸约为0.75-0.85o太阳能电池的等效电路（如图4）,在一定负载电阻位范围内可以近似地视为一个恒流源厶$与二极管并联。图3开路电动势、短路电流与光强关系曲线图4太阳能电池

5、等效电路太阳能电池的光谱响应表示不同波长的光子产生电子■空穴对的能力。每单位入射单色光功率的短路电流与波长的函数关系。在生产实践屮，光谱响应的测试非常重要。通过太阳能电池制备工艺的改进，口J以改变光谱响应，例如制备浅结结构和表面蒸镀氮化硅减反膜，可提高短波响应；制背面场和制作光反射层衬底以提高长波响应；表面制绒，则改善所有波长的光谱响应。通过辐照计对三种光源进行标定，分别测量了三种光源在相同的辐射度下，太阳能电池的短路电流,可直观反映太阳能电池的光谱响应特性。三、实验方法1、光强调节与强度的表示本实验所用光源为LED（发光二极管），根据LED

6、的输出功率与驱动电流呈线性关系，利用改变LED的静态工作电流确定光强的相对值。仪器设定LED的工作电流调节范围为0-20mA,对应显示器上的数值为0-2000o也可用“归一"法表示光强，即设人为最大光强，丿为改变后的光强，则为为无量纲的相对光强。2、标尺的设定为了调节光源与光电池的间距和试样表面光照的均匀度，设置了水平及垂直方向可调的标尺。选择三色发光管中任一颜色光源，接通LED张动电源，调节/d指示为1000左右，功能切换开关置be档。将水平标尺调到10mm左右；再调垂直标尺，使开路电压«疋达到最大值，并保持该状态直至该颜色光源的所有实验完

7、毕为止。由于三色LED的发光小心不在同一点，所以对不同颜色光源，都应按照上述方法重新调试垂直标尺。3、LED驱动电流源粗调和细调旋钮的使用打的调节通过粗调和细调旋钮來实现。细调旋钮只在/d输出较高时起作用，如人显示为1900时，最后一位“0”可能会跳动，这时可通过调节细调旋钮使其稳定。四、实验内容1、测量开路电动势気与光强人的关系测量线路如图5所示。将功能切换开关打到気档，然后将面板上気（毫伏表）正、负输入端与PV装置的太阳能电池正、负输出端对应连接。按实验所需光源颜色，接通LED驱动电源。并调节标尺找到实验最佳工作状态。O调节/D=0（即将

8、粗调和细调旋钮旋至最小），此时由于PV装置不完全密封（如导线的入口处），可能有光线漏进装置中，使得気显示不为0。+©O—图5测量开路电压线路图调节/d测量不同光强下