硅太阳能电池特性的实验研究

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1、第26卷第6期大学物理实验Vol_26NO．62013年12月PHYsICALEXPERIMENT0FCOLLEGEDec．2013文章编号：1007—2934(2013)06—0027—04硅太阳能电池特性的实验研究王志军，李守春，王连元，张金宝(吉林大学，吉林长春130015)摘要：本文对硅太阳能电池中的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池的伏安特性、负载特性作了初步的分析和研究。对本科生的实验教学产生了较好的实验效果。关键词：太阳能电池；多晶硅；伏安特性中图分类号：O4-34文献标志码：A目前，能源问题已经成为世界各国经济发展的光伏效应发电，太阳能电池的基本

2、结构就是一中亟待解决的问题。《BPStatisticalReviewof个大面积平面P-N结，图1为P-N结示意图。WorldEnergy2012》指出_1]：以目前的开采速度P型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有计算，全球石油储量可供生产54．2年，天然气和自由电子。N型半导体中有相当数量的自由电煤炭则分别可以供应63．6年和112年。随着一子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形次性能源危机的日益来临，使人类对可再生能源成P-N结时，N区的电子(带负电)向P区扩散，P及清洁新能源的开发利用有了更大的需求。太阳区的空穴(带正电)向N区扩散，在P_N结附近形能因具有清洁、便利、

3、取之不尽、用之不竭、免维护成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子等优点，将成为21世纪最有希望的能源之一。据向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达估计，每年太阳提供给地球的能量为3．2×1O孔J，到平衡，使流过P_N结的净电流为零。在空间电大约相当于人类目前消耗能量的10000倍。如荷区内，P区的空穴被来自N区的电子复合，N果以光电转换效率为10的光电器件覆盖0．1区的电子被来自P区的空穴复合，使该区内几乎的地球表面，就足以满足目前全人类的能源需没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。要_2]。因此，利用太阳能发电的研究和应用，具有当太阳能电池受光照射时，部分电子被激发重

4、大的社会和经济价值。太阳能电池主要是利用而产生电子一空穴对，在结区激发的电子和空穴半导体光电材料吸收光能转换为电能来进行发电分别被势垒电场推向N区和P区，使N区有过量的，根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、的电子而带负电，P区有过量的空穴而带正电，P_多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电N结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P_N极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能结两端接入外电路，就可向负载输出电能。电池、塑料太阳能电池等_3]。其中硅太阳能电池在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载是目前发展最成熟、应用最广泛、效率最高的的太电阻的大小，测量其输出电压与输出

5、电流，得到输阳能电池。硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电出伏安特性，如图2实线所示。负载电阻为零时池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能测得的最大电流ISc称为短路电流。负载断开时电池三种。为了使学生更好的理解太阳能电池的测得的最大电压称为开路电压。原理和性质，设计了硅太阳能电池特性实验研究太阳能电池的输出功率为输出电压与输出电的实验，取得了良好的教学效果。下面具体介绍一下其工作原理及实验结果。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1硅太阳能电池及其特性原理电压为横坐标，输出功率为纵坐标，绘出的P_V曲线如图2点划线所示。太阳能电池利

6、用半导体P-N结受光照射时输出电压与输出电流的最大乘积值称为最收稿日期：2013—07—15硅太阳能电池特性的实验研究P。为入射到太阳能电池表面的光功率。理论N分析及实验表明，在不同的光照条件下，短路电流随入射光功率线性增长，而开路电压在入射光功++++++率增加时只略微增加。P2实验内容、数据处理与分析图1半导体P-N结示意图图2电池的输出特性2．1太阳能电池开路电压与短路电流随光强变化关系打开光源开关，预热5rain。打开遮光罩，将光功率探头装在太阳能电池板位置。由近及远移动滑动支架，测量距光源一定距离的光强J—P／S，P为测量到的光功率，S一0．2Cm为探头采光面积。测量到

7、的光强记人于表中。图2电池的输出特性大输出功率P。太填充因子F·F定义为：D(A)(B)F一)图3(A)开路电压，(B)短路电流与光强关系测量不葸图填充因子是表征太阳电池性能优劣的重要参按图3(A)接线，按测量光强时的距离值(光数，其值越大，电池的光电转换效率越高，一般的强已知)，记录开路电压值。按图3(B)接线，记录硅太阳能电池FF值在0．75～0．8之间。短路电流值。将单晶硅太阳能电池分别更换为多转换效率叼定义为：晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池，重复以上()===×100／