太阳能电池的特性测量

太阳能电池特性测量实验报告

学院能源与环

境工程学

院

班级

学号姓名林晓晨

一、实验目的与实验仪器

实验目的：

（1）了解太阳能电池的光伏效应原理，了解单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池的差别；（2）研究在无光照情况下太阳能电池的伏安特性（即暗伏安特性）；

（3）研究在光照情况下太阳能电池的输出特性。

实验仪器：

ZKY-SAC-I 太阳能电池特性实验仪、可变负载、光源、导轨、遮光罩、光强探头、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。

二、实验原理

（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）

1.太阳能电池光生伏特效应的原理

光生伏特效应是指半导体材料由于受到光照而产生电动势的现象，简称光伏效应。太阳能电池就是利用这种半导体P-N 结受到光照时的光伏效应进行发电的。

需要注意的是，太阳能电池产生光生伏特效应用于发电需要满足两个条件：（1）材料对光具有本征吸收（可以产生内光电效应）；（2）在太阳能电池内部可以形成内建电场，能够

迅速分离光生载流子，且能够阻止光生载流子的复合。

2.太阳能电池的特性

当无光照射在太阳能电池时，可以将太阳能电池等效为一个二极管；有光照射在太阳能电池时，则可以将其等效为一个受控电流源，其等效电路如图5.17-2 所示。

图中，I L为光照射到电池吸收层中产生的光生电流，当光照相对比较恒定的时候，光生电流不会随着工作状态改变，可以看做恒流源。

理想的太阳能电池正向电流IF与其压降UF之间满足以下关系式：

三、实验步骤

（要求与提示：限400字以内）

1.太阳能电池的暗伏安特性测量

将电压源调到0V，然后逐渐增大输出电压，每间隔0.3V 记一次电流值，并将数据记录到表中。将电压输入调到0V，并将“电压输出”接口的两根连线互换，即给太阳能电池加上反向的电压。逐渐增大反向电压，每间隔1V 记录一次电流值，并将数据记录到表中。绘制三种太阳能电池的伏安特性曲线。

2.开路电压、短路电流与光强关系测量

打开光源开关，并预热 5 分钟。取掉太阳能电池的遮光罩，将光强探头装在太阳能电池板位置，探头输出线连接到太阳能电池特性测试仪的“光强输入”接口上。测试仪设置为“光强测量”。由近及远移动滑动支架，测量距光源一定距离的光强I light，将测量到的光强

记入表中。

将光强探头换成单晶硅太阳能电池，测试仪设置为“电压表”状态。按图5.17-7a 接线，按测量光强时的距离值（光强已知），记录开路电压值于表中。按图 5.17-7b 接线，记录短路电流值于表中。重复该实验步骤，分别将单晶硅、多晶硅以及非晶硅的开路电压与短路电流值记录在数据表格中。绘制三种太阳能电池的开路电压和短路电流随入射光强的变化曲线。

3.太阳能电池的输出特性测量

按图 5.17-8 接线，以电阻箱作为太阳能电池负载。在一定光照强度下（将滑动支架固定在导轨上某一个位置），分别将三种太阳能电池板安装到支架上，通过改变电阻箱的电阻值，记录太阳能电池的输出电压U、电流I 以及当前的负载值，将测量数据填于表中（需测量10组以上的实验点），并计算太阳能电池的输出功率P O=U×I。

4.太阳能电池的输出特性与光照度之间的关系测量

选择一种太阳能电池，并按照图5.17-8 接线，通过改变太阳能电池在光轨上的位置以改变光照强度。重复3中的实验步骤测量该太阳能电池的输出特性与光照度之间的关系，将数据填入表格中（需测量10组以上的实验点），计算并绘制太阳能电池填充因子和转换效率随光照强度变化曲线。

四、数据处理

1

2

3

效率为

4

U=[2.06 2.51 2.58 2.58 2.59 2.61 2.60 2.59 2.58 2.58

1.16

2.07 2.30 2.38 2.42 2.48 2.52 2.53 2.54 2.54

0.7 1.37 1.95 2.20 2.30 2.43 2.48 2.50 2.52 2.52

0.469 1.138 2.16 2.44 2.49 2.53 2.55 2.56 2.56 2.56

0.35 0.68 1.01 1.34 1.66 1.80 2.26 2.41 2.45 2.47 ]; I=[100.7 50 25.8 23.4 13 5.2 2.6 1.3 0.858 0.515

56.6 51.4 38.3 29.8 24.2 12.5 5.1 2.6 1.3 0.845 34.4 34.2 32.7 27.6 23.0 12.2 5.0 2.5 1.255 0.837 22.8 22.8 21.1 12.2 8.4 5.1 2.6 1.7 0.851 0.511 17.1 17 16.9 16.9 16.6 16.4 11.4 4.8 2.5 1.23 ];

II=[883 464 286 199 148];

S=2.5

Pin=II*S;

P=U.*I;

P=P';

%最大功率

MP=max(P)

U0=[2.89 2.80 2.73 2.67 2.62 ];

I0=[100 53.5 33.2 22.8 16.8 ];

UI=U0.*I0;

%填充因子

FF=MP./UI

%转化效率

xiaolv=MP./Pin

效率与填充因子计算结果为：

五、分析讨论

1注意在预热光源的时候，需要遮光罩罩住太阳能电池，以降低太阳能电池的温度，减小误

差

光源工作及关闭后的约1小时期间，灯罩表面的温度都很高，请不要触摸。

2光照距离越近，光照强度越大，其功率越大

3最大输出功率随着距离的增加而增大，最佳负载电阻随距离的增大而减小

4实验过程中会出现误差：电流表和电压表的内电阻以及导线内阻接触电阻对实验的影响，可调变阻箱调节电阻不准确，万用表读数不稳定，温度以及其他光源的影响

5太阳能电池的填充因子FF远小于理论上的最大值1，说明太阳能电池制造工艺和结构上还有很

大的提升空间。

六、实验结论

1.太阳能电池的暗伏安特性曲线不是一条直线。

2.太阳能电池的短路电流与光强呈线性关系，开路电压与光强不呈线性关系。

3.本实验所用的单晶硅和多晶硅太阳能电池内阻均约为110欧，非晶硅太阳能电池内阻约为1210欧。

4.最大输出功率随着光强的增大而增大，效率随着光强的增加先增加后减小

填充因子随着光强的增加减小4

七、原始数据