大学物理太阳能电池实验报告
太阳能电池伏安特性研究物理实验报告
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2．ＰＮ结的单向导电性
（1）外加正向电压（正偏）
在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。
结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。
（2）外加反向电压（反偏）
在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。
漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。
因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流。
当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。
2．光伏效应
指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度E g，则在 p区,n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对。
太阳电池可用pn结二极管D、恒流源I ph、太阳电池的电极等引起的串联电阻R s和相当于pn结泄漏电流的并联电阻R sh组成的电路来表示,如下图所示，该电路为太阳电池的等效电路。
R s
I ph
D
R sh
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附件：（实验曲线请附在本页）。
大学物理研究性实验报告_太阳能电池的特性测量
在正文的第一部分，我从一名大二本科生的角度对实验原理进行了系统地重新表述，查阅资料补充了部分电学的必要知识（例如禁带宽度的定义），同时我还根据自己的理解写出了太阳能电池的基本原理和太阳能电池器件的等效电路。
在正文的第二部分，本文详细介绍了操作需要用到的仪器并细致地描述了实验操作的各个流程。
在正文的第三部分，本文重新进行了数据处理，并初步分析了实验误差，标注了实验注意事项以及对实验课后思考题做出了自己的回答。
在正文的第四部分，也就是讨论部分，我做了大量的工作。
先分析了影响太阳能电池转换效率的因素，然后提出了两种实验改进方法，接着提出了禁带宽度的测量方法，最后探索了实际P-N结与理想模型之间的差别以及对实验数据的影响。
并且在第四部分的最后我还写了两年来自己学习物理实验的实验感想以及收获。
关键词：太阳能电池开路电压短路电流输出特性AbstractIn the first part of the text, from the perspective of a sophomore undergraduate experimental principle rephrase supplemented with some electrical knowledge necessary (for example, the band gap of the definition), access to information, at the same time I also according to their understanding to write the equivalent circuit of the basic principles of solar cells and solar cell devices.In the second part of the text, this article details the operation requires the use of instruments and detailed description of the experimental operation of the various processes.In the third part of the text, re-processing, and a preliminary analysis of the experimental error, marked experimental Notes and Questions experimental after-school made its own answer.In the fourth part of the text, that is, the discussion section, I have done a lot of work. First analyze the factors affecting the conversion efficiency of the solar cell, and then the two experimental improved method, followed by the forbidden bandwidth of the measuring method, and the last explore the difference between the actual PN junction with the ideal model and the experimental data. And I also wrote in the fourth part of the last two years studying physics experiment experimental feelings and harvest.Key word: Solar cell Open-circuit voltage Short-circuit current Output Characteristics第一部分实验原理的重新表述 (1)一、实验要求 (1)二、实验原理 (1)1.太阳能电池的分类 (1)2.P-N结 (1)3.禁带宽度 (2)4.太阳能电池的伏安特性曲线及相关特性参数 (2)5.太阳能电池的基本原理 (4)6.太阳能电池器件的等效电路 (4)第二部分实验内容及操作详细流程 (5)三、仪器介绍 (5)四、实验内容及操作详细流程 (7)1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量 (7)2.开路电压，短路电流与光强关系测量 (7)3.太阳能电池输出特性实验 (8)4.注意事项 (8)第三部分数据的重新处理与深入思索 (9)五、太阳能电池基本特性测量 (9)1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量 (9)2.开路电压、短路电流与光强关系测量 (10)3.太阳能输出特性试验 (12)六、实验误差分析 (14)七、实验课后思考题 (14)第四部分讨论 (15)八、影响太阳能电池转换效率的因素 (15)九、实验方法的比较与改进 (15)1.传统的太阳能电池伏安特性测量方法 (15)2.利用计算机和Labcoder数据采集分析系统改进实验 (16)3.利用Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机改进实验 (18)十、禁带宽度的测量 (19)1.测量原理 (19)2.测量方法 (19)十一、实际P-N结与理想模型之间的差别 (20)P-N结的伏安特性分析及等效电路 (20)十二、实验感想与体会 (22)1.课前认真地预习 (22)2.做好课堂操作 (23)3.掌握好一些基本的数据处理方法。
大学物理实验实验32 太阳能电池实验
实验仪器
仪器组成：测试主机、氙灯电源、氙灯光源、滤光片 组和电池片组。实验操作和显示由计算机软件完成。 整机图片如下：
1、光路部分内部示意图 本设备光路简洁，有光源、凸透镜、滤 色片构成。
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2、测试主机 （1）面板介绍：（见下图） ①.紧急停机按钮：直接按下为关顺时针旋转自动归位 ②.关机按钮: 正常关机按钮。③.开机按钮。 ④.PC接口：与计算机通信的USB接口。 ⑤.光源通信接口：与氙灯电源通信，接收氙灯光源的状态信息。 ⑥.故障灯：红色闪烁表示有故障，绿色表示工作正常。 ⑦.工作状态：红色闪烁表示腔内温度调整中，绿色表示未进行温度调整 ⑧. 电源：红色闪烁表示关机中，红色表示工作正常。
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（2） 电路部分 电路部分包括温度控制电路和测试电路两个部分。温控电路用于太 阳能电池片所在的控温室的温度控制，在一定范围内，可使控温室 达到指定温度。测试电路用于测试太阳能电池片各性能的数据，该 电路将测得数据传送给计算机，由计算机进行数据的处理和显示。 （3） 控温室：给太阳能电池片提供一个-10℃——40℃的太阳能 电池片的测试环境。 3、氙灯电源：氙灯电源用于氙灯的点燃、轴流风冷以及光源腔体内 除湿。
P N 结 结 构 示 意 图
当有入射光垂直入射到PN结，只要PN结结深比较浅，入射光子 会透过PN结区域甚至能深入半导体内部。如下图所示，如果入射光子 能量满足关系 （Eg为半导体材料的禁带宽度），那么这些光子会被材 料本征吸收，在PN结中产生电子空穴对。光照条件下材料体内产生电 子空穴对是典型的非平衡载流子光注入作用。在均匀半导体中光照射 下也会产生电子空穴对，它们很快又会通过各种复合机制复合。这种 作用有两方面的体现，第一是光生少子在内建电场驱动下定向运动产 生电流，这就是光生电流，它由电子电流和空穴电流组成，方向都是 由N区指向P区，与内建电场方向 一致；第二，光生少子的定向运动与 扩散运动方向相反，减弱了扩散运动的强度，PN结势垒高度降低，甚 至会完全消失。宏观的效果是在PN结两端产生电动势，也就是光生电 动势。 光 辐 照 下 的 P N 结
太阳能电池特性研究实验报告
太阳能电池特性研究实验报告太阳能电池特性研究实验报告引言：太阳能作为一种清洁、可再生的能源，近年来备受关注。
太阳能电池作为太阳能利用的核心技术之一，其特性研究对于提高太阳能利用效率具有重要意义。
本实验旨在探究太阳能电池的特性及其对环境因素的响应。
一、实验目的本实验旨在研究太阳能电池的特性，包括开路电压、短路电流、填充因子和转换效率，并探究环境因素对太阳能电池特性的影响。
二、实验原理太阳能电池是利用光生电压效应将太阳能转化为电能的装置。
在太阳能电池中，光线照射到半导体材料上，激发出电子-空穴对，形成光生电流。
通过将正负极连接外部电路，可以将光生电流转化为电能。
三、实验步骤1. 准备实验所需材料和设备，包括太阳能电池、光源、电压表、电流表和电阻箱等。
2. 将太阳能电池置于光源下方，调整光源的强度，使得太阳能电池表面接收到均匀的光照。
3. 使用电压表和电流表分别测量太阳能电池的开路电压和短路电流。
4. 调整电阻箱的阻值，改变电路中的负载，记录太阳能电池的输出电压和输出电流。
5. 根据实验数据计算太阳能电池的填充因子和转换效率。
通过实验测量，得到了太阳能电池在不同光照强度下的开路电压和短路电流。
随着光照强度的增加，太阳能电池的开路电压呈现出先增大后减小的趋势，而短路电流则随光照强度的增加而增加。
这是因为在光照较弱时，太阳能电池中的载流子复合速率较慢，导致开路电压较低。
随着光照强度的增加，载流子的生成速率增加，导致短路电流增加。
然而，当光照强度过高时，太阳能电池中的电子-空穴对的生成速率达到饱和，载流子复合速率也增加，导致开路电压下降。
填充因子是太阳能电池特性的重要参数之一，它反映了太阳能电池的电流输出能力。
通过实验测量的数据，可以计算出太阳能电池的填充因子。
填充因子的大小受到太阳能电池的内部电阻和光照强度的影响。
当太阳能电池的内部电阻较小时，填充因子较大；而当光照强度较小时，填充因子较小。
转换效率是衡量太阳能电池性能的指标之一，它反映了太阳能电池将太阳能转化为电能的能力。
太阳能电池特性的测量实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除太阳能电池特性的测量实验报告篇一：太阳能电池特性测量实验本科学生实验报告学号姓名学院物电学院专业、班级12级光电子班实验课程名称太阳能电池特性测量实验教师及职称开课学期学期填报时间日云南师范大学教务处编印一、实验设计方案篇二：实验报告--太阳能电池伏安特性的测量实验报告姓名：张伟楠班级：F0703028学号：5070309108实验成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：08.03.17指导教师：批阅日期：太阳能电池伏安特性的测量【实验目的】1.了解太阳能电池的工作原理及其应用2.测量太阳能电池的伏安特性曲线【实验原理】1．太阳电池的结构以晶体硅太阳电池为例，其结构示意图如图1所示．晶体硅太阳电池以硅半导体材料制成大面积pn结进行工作．一般采用n+/p同质结的结构，即在约10cm×10cm面积的p型硅片（厚度约500μm）上用扩散法制作出一层很薄（厚度~0.3μm）的经过重掺杂的n型层．然后在n型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极．在整个背面也制作金属膜，作为背面欧姆接触电极．这样就形成了晶体硅太阳电池．为了减少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜．图一太阳电池结构示意图2．光伏效应图二太阳电池发电原理示意图当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度eg，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对．那些在结附近n区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散．只要少数载流子离pn结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处．在p区与n区交界面的两侧即结区，存在一空间电荷区，也称为耗尽区．在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由n区指向p区，这个电场称为内建电场．这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向p区．同样，如果在结附近p区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速被拉向n区．结区内产生的电子–空穴对在内建电场的作用下分别移向n区和p区．如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生电动势．这一现象称为光伏效应（photovoltaiceffect,缩写为pV）．3．太阳电池的表征参数太阳电池的工作原理是基于光伏效应．当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流Iph．同时，由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID，此电流方向从p区到n区，与光生电流相反．因此，实际获得的电流I为（1）式中VD为结电压，I0为二极管的反向饱和电流，Iph为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的．n称为理想系数（n值），是表示pn结特性的参数，通常在1~2之间．q为电子电荷，kb为波尔茨曼常数，T为温度．如果忽略太阳电池的串联电阻Rs，VD即为太阳电池的端电压V，则（1）式可写为（2）当太阳电池的输出端短路时，V=0（VD≈0），由（2）式可得到短路电流即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比．当太阳电池的输出端开路时，I=0，由（2）和（3）式可得到开路电压（3）当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线如图2所示．负载R可以从零到无穷大．当负载Rm使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率pm为（4）式中Im和Vm分别为最佳工作电流和最佳工作电压．将Voc与Isc的乘积与最大功率pm之比定义为填充因子FF，则（5）FF为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高．FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等．。
太阳能电池特性研究实验报告
太阳能电池特性研究实验报告实验目的：本实验旨在研究太阳能电池的特性，包括其源电压、最大功率点、短路电流、开路电压等参数的测量与分析。
实验仪器：太阳能电池板、电子负载、数字万用表、直流电源、光强计、亚麻线等。
实验步骤：1.搭建实验电路，将太阳能电池板与电子负载、直流电源、数字万用表、光强计等设备按照实验要求连接起来；2.将电池板朝向太阳，并利用光强计调节光照强度，使其保持恒定不变；3.通过调节电子负载，将太阳能电池输出电流调整到不同值，记录下此时太阳能电池的输出电压、电流和光照震荡度等参数，并计算得出其等效电阻；4.统计数据，绘制实验结果图表；5.分析实验结果，比较其与标准太阳能电池参数的区别，并解释原因。
实验结果：通过实验，我们得出如下结果：1.太阳能电池的源电压随着光照强度的增加而增大；2.当太阳能电池的输出电流为最大功率点时，其输出功率达到最大值；3.短路电流是一个恒定的值，不随光照强度而变化；4.开路电压随着光照强度的增加而略有增大。
实验分析：从实验结果来看，与标准太阳能电池相比，我们的实验结果比较接近。
这表明我们的实验操作规范、数据准确。
但是，我们发现开路电压和最大功率点的偏差比较大，原因可能是我们使用的太阳能电池板质量不佳，功率转换效率不够高。
综上所述，通过本实验，我们了解了太阳能电池的特性，为今后的太阳能电池研究提供了依据。
同时，我们也发现了实验中存在的问题，为今后的改进提出了一些建议。
实验结论：太阳能电池的特性表现为：源电压随着光照强度的增加而增大，当电池输出电流为最大功率点时，其输出功率达到最大值。
短路电流是一个恒定的值，不随光照强度而变化。
开路电压随着光照强度的增加而略有增大。
本实验结果比较接近标准太阳能电池参数，但存在偏差，可能是由于太阳能电池板的质量不佳。
太阳能电池实验报告
太阳能电池实验报告太阳能是人们日常生活中使用较多的一种清洁能源，因为其使用过程不会对大气造成污染，同时还能降低能源消耗的成本。
太阳能电池是将太阳能转化为电能的一种装置，其原理是通过太阳光照射在半导体PN接触处上，将光能转化为电能。
在本次实验中，我们使用的是常见的硅质太阳能电池。
硅质太阳能电池通常由几个层次的材料组成，包括底部导体、n型硅晶体层、p型硅晶体层、顶部导体和防反射涂层等。
n型和p型的硅晶体层之间是一层极薄的PN结，当光照在PN结上的时候，会让这里的电子被激发成为高能态电子，在PN结上产生电场，从而让电子进入n型层，从而产生电流。
实验中我们使用了一个太阳能模拟器，将其设置为600瓦每平米，以模拟太阳光照射的情况。
在进行实验之前，我们先将太阳能电池清洗干净，以尽可能降低防反射涂层的影响。
接着，将太阳能电池连接到多用表上进行测试。
实验过程中，我们发现在光照条件下，太阳能电池产生的电流和电压值都有所增加，这是因为太阳光照射在PN结上会产生电势差，从而产生电流。
通过对实验数据的收集与分析，我们得出了一个重要的结论：太阳光强度越高，产生的电压和电流也越高。
这在实际应用中也非常重要，因为只有在阳光充足的情况下，太阳能电池才能够顺利地为电器提供足够的能量。
除了光强度影响外，实验中还需要考虑到太阳光照射的角度对产生效果的影响。
在实际应用中，太阳能电池安装的角度和方向也会影响电池的效率。
理论上，收集太阳能的有效范围是在太阳直射的区域，我们对太阳能电池不同方向的照射效果进行了测试，实验结果显示如果将太阳能电池立起来会比放平效果更好，因为太阳能光线的直射角度更准确。
总之，太阳能电池作为可再生能源的代表，其在节能环保和可持续发展方面的应用越来越受到人们的重视。
通过本次实验，我们也深刻地认识到了太阳能电池的原理和应用的重要性，也进一步探索出了其使用过程中需要注意的事项。
未来随着技术的进步，太阳能电池也将更加高效、智能，为我们的生活和环境带来更大的改变。
太阳能电池样板-实验报告
一、测量光照状态下太阳能电池的短路电流Isc,开路电压Uoc、最大输出功率Pmax，最佳
根据图示曲线，找出Pmax=6.664mW，由公式Ff=Pmax/(IscUoc)可得：Ff=0.58
二、测量太阳能电池无光照的伏安特性
图二正向偏压与电流关系图
根据实验数据处理要求，作出I-U关系曲线，经过拟合，得出相应的指数函数如图所示。
取拟合曲线上两点，根据公式（1）计算I0，取点（0.41,194.04）和（0.57,735）
最终解得I0=1.13uA
三、测量太阳能电池短路电流、开路电压与光强关系
图三不同光强下U-I关系曲线
由图三可知，随光强增大，开路电压和短路电流也不断增大，但趋于平缓，光强很大时，开路电压与光强几乎无关。
四、不同光照角度下的开路电压与短路电流
由图可知随角度增大，太阳能电池功率逐渐减小，角度增大越多，功率较小速度越快。
由表格可知，串联电压为两电池板电压之和，适合较高电压场合。
并联时短路电流为两板之和，适用于较高电流的场合。