太阳能电池基本特性实验讲义
太阳能电池特性及应用实验报告
太阳能电池特性及应用实验报告太阳能电池特性及应用实验报告引言：太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，它在可再生能源领域具有重要的应用前景。
本实验旨在研究太阳能电池的特性，并探索其在实际应用中的潜力。
一、太阳能电池的基本原理太阳能电池是利用光电效应将太阳能转化为电能的装置。
光电效应是指当光照射到半导体材料上时，光子的能量会激发电子跃迁，从而产生电流。
太阳能电池通常由p-n结构的半导体材料构成，其中p型半导体富含正电荷，n型半导体富含负电荷。
当光照射到p-n结构上时，光子的能量会激发p-n结附近的电子，使其跃迁到导带中，形成电流。
二、太阳能电池的特性参数太阳能电池的性能主要由以下几个参数来描述：1. 开路电压（Open Circuit Voltage，简称OCV）：在没有外部负载的情况下，太阳能电池正极和负极之间的电压。
OCV主要取决于半导体材料的能带结构和光照强度，通常在0.5V至1V之间。
2. 短路电流（Short Circuit Current，简称SCC）：在外部负载为零时，太阳能电池正极和负极之间的电流。
SCC主要取决于光照强度和半导体材料的光电转换效率，通常在1mA至10mA之间。
3. 填充因子（Fill Factor，简称FF）：填充因子是太阳能电池输出功率与最大输出功率的比值，反映了太阳能电池的电流-电压特性曲线的平坦程度。
填充因子越接近1，表示太阳能电池的性能越好。
4. 转换效率（Conversion Efficiency）：转换效率是指太阳能电池将太阳能转化为电能的比例，通常以百分比表示。
转换效率越高，表示太阳能电池的能量利用效率越高。
三、太阳能电池的应用实验为了进一步了解太阳能电池的特性和应用潜力，我们进行了一系列实验。
1. 光照强度对太阳能电池性能的影响实验：我们在实验室中设置了不同光照强度的环境，通过改变光源的距离和光源的亮度来调节光照强度。
实验结果表明，随着光照强度的增加，太阳能电池的输出电流和功率也随之增加，但是开路电压基本保持不变。
太阳能电池基本特性测定实验.
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中文word 文档库免费提供海量教学资料、行业资料、范文模板、应用文书、考试学习和社会经济等word 文档太阳能电池基本特性测定实验太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。
目前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。
利用太阳能发电目前有两种方法，一是利用热能产生蒸气驱动发电机发电，二是太阳能电池。
太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。
为此，我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，介绍太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。
该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。
【实验目的】1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线2. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 、最大输出功率max P 及填充因子FF3. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 与相对光强0J J 的关系，求出它们的近似函数关系。
【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱【实验原理】太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。
在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=10nKT qU e I I (1) 其中0I 是二极管的反向饱和电流,n 是理想二极管参数,理论值为1。
K 是玻尔兹曼常量,q 为电子的电荷量,T 为热力学温度。
（可令nKTq=β）由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为V C E E -的半导体所构成。
C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。
当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。
太阳能电池基本特性测定实验
太阳能电池基本特性测定实验目对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。
太阳能是一种新能源，一是利利用太阳能发电目前有两种方法，前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。
太阳能的利用和太阳能电池的特性研究二是太阳能电池。
用热能产生蒸气驱动发电机发电，为此，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。
是21 世纪的热门课题，介绍太阳能电池的电学性质我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，联系科并对两种性质进行测量。
该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，和光学性质，技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。
】实验目的【无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线1.IPU FF、开路电压及填充因子、最大输出功率2. 测量太阳能电池的短路电流SCaxmOC IJJU的关系，求出它与相对光强3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SC0OC们的近似函数关系。
【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱】【实验原理, 在没有光照时太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。
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是二极管的反向饱和电流,是玻尔兹曼常量是理想二极管参数,理论值为其中0q T为热力学温度。
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为半导体导电带，V空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一电子-收，并产生电子-空穴对。
现象称为光伏效应。
光电流示意图IPU, 和外太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压还有最大输出功率SCaxOCm P IUFFFF。
最大输出功率也就是定义为的最大值。
5.17-太阳能电池特性研究（讲义版）
实验5.17 太阳能电池的特性研究[前言]能源短缺和地球生态环境污染目前已经成为人类面临的最大问题。
本世纪初进行的世界能源储量调查显示，全球剩余煤炭只能维持约216年，石油只能维持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CO2、SO2等温室气体，造成全球变暖，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生，给人类带来无穷的烦恼。
根据计算，现在全球每年排放的CO2已经超过500亿吨。
我国能源消费以煤为主，CO2的排放量占世界的15%，仅次于美国，所以减少排放CO2、SO2等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。
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、潮汐能都属于太阳能，它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，几十亿年内不会枯竭，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。
在地球大气圈外，太阳辐射的功率密度为1.353kW /m2，称为太阳常数。
到达地球表面时，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1kW /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。
太阳能不但数量巨大，用之不竭，而且是不会产生环境污染的绿色能源，所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。
太阳能发电有两种方式。
光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸汽，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—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—电转换的基本装置就是太阳能电池。
实验6太阳能电池特性实验
实验6太阳能电池特性实验太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。
太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。
地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
太阳能发电有两种方式，光--热--电转换方式以及光--电直接转换方式。
光--热--电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸汽，再驱动汽轮机发电，它的缺点是效率很低而成本较高。
光--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--电转换的基本装置就是太阳能电池。
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，有机太阳能电池等。
其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
【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，几乎没有自由电子。
N型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。
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结的净电流为零。
在空间电荷区内，P区的空穴被来自N区的电子复合，NIV图3不同光照条件下的V I -曲线1000W/m 2800W/m 2600W/m 2400W/m2200W/m 2区的电子被来自P 区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。
太阳能电池基本特性的测量及研究
太阳能电池基本特性的测量及研究一、实验目的：（1）测定太阳能电池在光照时的输出特性，并求出短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子（2）测定太阳能电池随光照变化的特性。
二、实验仪器：光具座、太阳能电池、数字万用表两块、可变电阻(量程100Ω、1.1kΩ)、直流电源、开关、电路板、导线三、实验原理：原理太阳能电池的主要结构为PN结.理想PN结的电流和电压关系由下式[2]给出Id=I0[expUenkT-1] (1)式中,I0是无光照时的反向饱和电流, U是结上的电压,e是电子电荷,k是玻尔兹曼常量,T表示热力学温度.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,净电流I由下式给出I=IPh-Id=IPh-I0[expUenkT-1] (2)当太阳能电池的输出端短路时,即U=0,由(2)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,可推得开路电压UOC.正常运行时,IPh比I0高几个数量级,因此(2)式中的1可以忽略.当太阳能电池接上负载电阻后,太阳能电池的输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化,当负载电阻R=Rm时,太阳能电池的输出功率为最大,即最大功率,对应电压Um和电流Im,可知Pm=ImUm(3)填充因子是表征太阳能电池质量好坏的一个指标,将最大功率Pm和UOC与ISC之积的比值定义为填充因子FF,即FF=PmUOCISC(4)能量大于半导体材料的禁带宽度的光子可以使太阳能电池产生光电流,光电流的大小为IPh∝∫λ0λcN(λ)dλ(5)式中,N(λ)是光子数随波长分布的函数,λc 是滤色片的截止波长,λ0是能产生光电流的最大波长.当N(λ)为一常量时,有IPh ∝λ0-λc(6) 阳能电池的半导体材当在太阳能电池光照部分前安放不同截止波长的滤色片,则它产生的光电流和截止波长存在一定关系,由此可得太料的禁带宽度.四、实验内容：1、在无光照条件下测量太阳能电池正向偏压时的I U -特性（1）用盖板盖住太阳能电池，使太阳能电池在无光照条件下工作。
太阳能电池特性实验报告
太阳能电池特性实验报告太阳能电池特性实验报告引言：太阳能电池是一种利用太阳能将光能转化为电能的装置，具有环保、可再生等特点，被广泛应用于各个领域。
为了深入了解太阳能电池的特性和性能，我们进行了一系列的实验，本报告将对实验过程和结果进行详细介绍和分析。
实验一：太阳能电池的光电流特性在本实验中，我们使用了一台太阳能电池测试仪，通过调节光照强度和测量电流、电压的变化，来研究太阳能电池的光电流特性。
实验结果显示，当光照强度逐渐增大时，太阳能电池的电流也随之增大。
这是因为光照强度的增加会激发更多的光子进入太阳能电池，从而产生更多的电子-空穴对，进而增加电流。
然而，当光照强度达到一定值后，电流的增加趋势开始趋于平缓，这是因为太阳能电池的内部电场已经饱和，无法再继续增加电流。
此外，我们还发现太阳能电池的电流与电压呈反比关系。
随着光照强度的增加，电流增大，但电压却逐渐降低。
这是因为太阳能电池的内部电阻会导致电压损失，而随着电流的增大，这种损失也会变得更加明显。
实验二：太阳能电池的温度特性在本实验中，我们通过改变太阳能电池的温度，来研究太阳能电池的温度特性。
实验结果显示，随着太阳能电池温度的升高，电流呈现出先增大后减小的趋势。
这是因为在较低温度下，电子和空穴的复合速率较低，电流较小；而在较高温度下，电子和空穴的复合速率加快，电流逐渐增大。
然而，当温度超过一定值后，电流开始下降，这是因为高温会导致太阳能电池内部的电子迁移率下降，从而减小了电流。
此外，我们还发现太阳能电池的温度对电压的影响较小。
随着温度的升高，电压基本保持稳定，这是因为太阳能电池的内部电场对温度变化不敏感。
实验三：太阳能电池的寿命特性在本实验中，我们通过长时间连续使用太阳能电池，来研究太阳能电池的寿命特性。
实验结果显示，太阳能电池在连续工作一段时间后，其性能会逐渐下降。
这是因为长时间的工作会导致太阳能电池内部材料的劣化，从而降低了太阳能电池的转换效率。
太阳能电池基本特性测定实验
太阳能电池基本特性测定实验太阳能电池基本特性测定实验太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。
当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。
太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。
太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。
在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。
因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。
但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。
太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。
我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。
该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。
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太阳能电池基本特性测定
目前人类所消耗的能源的70％来自煤、石油、天然气等化石燃料，在现有技术条件下，化石能源的大量使用给地球环境造成了严重危害，使人类生存空间受到了极大的威胁。
科学家预言，尽管化石燃料能源未来仍将占有相当大比重，但其一统天下的局面将逐渐结束（地球上２亿年形成的化石燃料，大体只够人类使用300余年），可再生的清洁能源可望撑起未来世界能源供给的半壁江山。
太阳能的利用和研究是21世纪新型能源开发的重点课题之一。
太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。
目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已应用于许多民用领域：如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。
太阳能是一种清洁、“绿色”能源。
因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。
一、实验目的
1、学习掌握硅光电池的工作原理。
2、学习掌握硅光电池的基本特性及其测试方法。
3、了解硅光电池的基本应用。
二、实验仪器
1.光功率计
2.测试仪
3.光源
4.光电二极管（用专用连接线与光功率计相连接）
5.样品架（用于放置光电二极管传感器，以及待测太阳能电池样品，含遮光罩）
6. 导轨
7.单晶硅样品 7.多晶硅样品
图1 太阳能电池特性测试仪
1、太阳能电池:单晶硅和多晶硅各1块：60×60mm 2，有效面积50×45mm 2
，开路电压不低于4V ，闭路电流不小于15mA ；2、光功率计:三位半数显，量程200uw 、2mw 和20mW 三档，数字按键档位切换；光功率计传感器采用高灵敏度光电二极管；3、精密电阻负载：0～99999.9Ω；4、测试仪:电压表：2.000V 和20.00V 两档；电流表：2.000mA 和200.0mA 两档；0-5V 可调直流电源，带限流输出功能；5、光源功率：100W ；6、导轨：长75cm ；
三、实验原理
太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为：
)1(-=U
o e
I I β (1)
(1)式中，Ｉ为通过二极管的电流，o I 和β是常数，o I 为反向饱和电流。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为E C －E V 的半导体构成，如图2所示。
E C 为半导体电带，E V 为半导体价电带。
当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。
电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的
假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻R Sh 与一个电阻R S 所组成，如图3所示。
图3中，I Ph 为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，I d 为光照时,通过太阳能电池内部二极管的电流。
由基尔霍夫定律得：
0)(=---+sh d ph s R I I I U IR (2)
（2）式中，I 为太阳能电池的输出电流，U 为输出电压。
由（1）式可得，
d sh
ph sh s I R U I R R I --=+
)1( (3)
假定R Sh =∞和R S =0，太阳能电池可简化为图4所示电路。
这里，
)1(0--=-=U ph d ph e I I I I I β。
在短路时，U ＝0，sc ph I I =；而在开路时，I ＝0，
0)1(0=--oc U sc e I I β；所以
]1l n [1
+=
I I U sc OC β (4) （4）式即为在R Sh =∞和R S =0的情况下，太阳能电池的开路电压U OC 和短路电流I SC 的关系式。
其中U OC 为开路电压，I SC 为短路电流，而0I 、β是常数。
当太阳能电池接上负载时，负载R 从零变到无穷大的过程中，使太阳能电 池达到最大输出功率 m m m I P U =时，式中m I 和m U 分别为最佳工作电流和最佳工作电压，将m P 与I SC 和OC U 的乘积之比定义为填充因子FF ，
m
sc oc
P FF I U =
(5) 填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参, FF 越大则输出功率越高。
四、 实验内容与步骤
1、硅光电池伏安特性测量。
在没有光照（全暗，即用遮光罩罩住样品）的条件下，测量太阳能电池正 向偏压时的U －I 特性（直流偏压从0～3.0V ）。
画出U-I 曲线，求出β和0I 。
测量电路如图5所示，注意不要正负极性接错（D 代表太阳能电池，R=1000
Ω为负载电阻，ε为可调直流电压源）。
正向偏压从0～3.0V 条件下，测量结果记录在数据表格1中。
2、硅光电池负载特性测试。
在不加偏压时，用光源照射，保持白光源到太阳能电池距离20cm ，测量电
池在不同负载电阻下太阳能电池的输出I 与输出电压U 特性。
测量结果记录在原始数据表格2中。
3、太阳能电池的光照效应与光电性质测量。
取太阳能电池与白光源水平距离20cm 为起始位置，用光功率计测量该处的光功率P 0，光强度为标准强度J 0；改变太阳能电池到光源的距离X,用光功率计测量X 处的光功率P ，光强度为J ，光的相对强度为J/ J 0，也即P/P 0，可以得到光功率P 与位置X 的关系。
测量太阳能电池在不同光功率条件下对应应的I SC 和U OC 的值。
测量结果记录在数据表格3中。
五、实验数据记录与处理
1. 硅光电池伏安特性测量。
画出U-I 曲线，利用最小二乘法求出 和0I 。
表1 全暗情况下太阳能电池在外加偏压U 1(V)时的伏安特性测量（R=1000Ω）
2. 硅光电池负载特性测试。
画出U －I 曲线图,求出短路电流I SC 和开路电压U OC ；画出太阳能电池的输出功率P=U*I 和电压U 的关系，求出太阳能电池的最大输出功率P max 及相应电压；计算填充因子()
m
sc oc P FF I U =
⋅。
表2 光照情况下太阳能电池在加负载时的伏安特性测量
3. 太阳能电池的光照效应与光电性质测量。
(1)描绘I SC 和光功率P 之间的关系曲线，(2)描绘出U OC 和光功率P 之间的关系曲线. 并利用最小二乘法拟合短路电流I SC 和开路电压U OC 与光功率P 关之间的近似函数关系式。
表3 太阳能电池的光电特性测量数据。