太阳能电池特性实验仪实验指导说明书

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1、ZKY-SAC-I太阳能电池特性实殓仪卖殓指导及操作说朗书太阳能电池特性实验仪能源短缺和地球牛态坏境污染己经成为人类面临的最人问题。本世纪初进行的批界能源储量调杏显示，全球剩余煤炭只能维持约216年，石汕只能维持45年，天然气只能维持61年，用于核发电的铀也只能维持71年。另一方面，煤炭、石油等矿物能源的使用，产生大量的C02、SO?等温室气体，造成全球变暧，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等口然灾害频繁发生,给人类带來无穷的烦恼。根据计算，现在全球毎年排放的C0?已经超过500亿吨。我国能源消费以煤为主，C02的排放量占世界的15%,仅次于美国，所以减少排放CO?、SO?等温室气体

2、，已经成为刻不容缓的人事。推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。广义地说，太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属丁太阳能，它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，儿十亿年内不会枯竭，因此我们把它们称为可再生能源。太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。在地球人气圈外，太阳辐射的功率密度为1.353kW/m2,称为太阳常数。到达地球表血'时，部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。在地球海平面上，正午垂直入射时，太阳辐射的功率密度约为lkW/m2,通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。太阳光辐

3、射的能量非常巨大，从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能。太阳能不但数量巨人，川之不竭，而且是不会产生环境污染的绿色能源，所以人力推广太阳能的应用是世界性的趋势。太阳能发电冇两种方式。光一热一电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，-般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气，再驱动汽轮机发电，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。光一电直接转换方式是利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能，光一电转换的基本装迸就是太阳能电池。与传统发电方式札I比，太阳能发电目前成木较高，所以通常用于远离传统电源的

4、偏远地区，2002年，国家冇关部委卅动了“西部省区无电乡通电计划”，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。随着研究工作的深入与牛产规模的扩大，太阳能发电的成本下降很快，而资源枯竭与环境保护导致传统电源成本上升。太阳能发电有望在不久的将来在价格上可以与传统电源竞争，太阳能应用具有光明的前景。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合物太阳能电池，冇机太阳能电池等。其中硅太阳能电池是II前发展最成熟的，在应用中居主导地位。本实验研究单品硅，多品硅，非品硅3种太阳能电池的特性。实验内容1.太阳能电池的暗伏安特性测量2.测量太阳能电池的开路电压和

5、光强Z间的关系3.测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系4.太阳能电池的输出特性测量实验原理太阳能电池利用半导体P-N结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N结，图1为P-N结示意图。P型半导体中有相当数量的空穴，儿乎没有自由电了。N型半导体中冇相当数量的自由电子，儿乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N结时，N区的电子（带负电）向P区扩散，P区的空穴（带正势垒电场方向空间电荷区图1半导体P-N结示意图电）向N区扩散，在P-N结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N结的净电流

6、为零。在空间电荷区内，P区的空穴被来自N区的电了复合，N区的电子被来自P区的空穴复合，使该区内儿乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。当光电池受光照射时，部分电子被激发而产牛电子一空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N区和P区，使N区有过量的电子而带负电，P区有过量的空穴而带正电，P・N结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P・N结两端接入外电路，就可向负载输出电能。在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与输出电流,得到输出伏安特性，如图2实线所示。负载电阻为零时测得的最人电流Isc称为短路电流。负载断开吋测得的最人电压Voc称为开路电压。太阳能

7、电池的输出功率为输出电压与输出电流的乘积。同样的电池及光照条件，负载电阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。若以输出电压为横坐标，输出功率为纵坐标，绘出的P-V曲线如图2点划线所示。输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大输出功率Pmaxo填充因了F.F定义为：PFF=—（1）/x5I▲91OOOW/nrSOOW/n?600W/m24(X)W/m2200W/nr图3不同光照条件下的I-V填充因子是表征太阳电池性能优劣的重要参数，其值越大，电池的光