太阳能电池的特性测量
太阳能电池特性的测量实验报告
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．。
太阳能电池基本特性的测量
太阳能电池基本特性的测量一、实验目的：1、在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。
2、测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路电流(SC I )、开路电压(OC U )、最大输出功率m P 及填充因子FF ，)]U I /(P FF [O C SC m ∙=。
3、测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流SC I 和相对光强度0T T 之间关系，画出SC I 与相对光强0T T 之间的关系图；测量开路电压OC U 和相对光强度0T T之间的关系，画出OC U 与相对光强0T T之间的关系图。
二、实验原理：1、太阳能电池工作原理：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：)1e (I I Uo -∙=β (1)(1)式中，o I 和β是常数。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为V C E E -的半导体构成，如图1所示。
CE 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影响而产生光电流。
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sh R 与一个电阻s R 所组成，如图2所示。
图2中，ph I 为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流，d I 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：0R )I I I (U IR sh d ph s =---+ （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，dshph sh s I R U I )R R 1(I --=+（3） 假定∞=sh R 和0R s =，太阳能电池可简化为图3所示电路。
这里，)1e (I I I I I U 0ph d ph --=-=β。
太阳能电池特性测量
太阳能电池无光照特性测量实验目的在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线实验器材THQTN-1型太阳能电池特性测试仪（太阳能电池板、光功率计探头、直流电压表、直流电流表、直流稳压电源、负载电阻、入射光强指示、白炽灯、导轨等）实验原理一．太阳能电池板结构以硅太阳能电池为例，结构示意如图1。
硅太阳能电池是以硅半导体材料制成的大面积PN 结经串联、并联构成。
在N 型材料层面上制作金属栅线为面接触电极，这样就形成了太阳能电池板。
为了减少光电池表面的反射损失，一般在表面覆盖一层减反射膜。
二．无光照时，太阳能电池正向U I -特性太阳能电池工作原理基于光伏效应。
当光照射到太阳能电池板时，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换为电能。
在没有光照时，可将太阳能电池视为一个二极管，其正向电压与通过的电流I 的关系为0(1)U I I e β=- 式中，o I 和β是常数。
实验步骤：一．测量太阳能电池无光照时的伏安特性实验条件：用遮光罩挡光，使太阳能电池无光照。
太阳能电池正向电压测量范围：0～3.00V ，测量10个点，变化明显处测量间隔要小。
测量电路如图2所示。
太阳光电极 N P 型射膜图1 太阳能电池板结构示意图图2二.步骤：1.用导线按照电路图将实物连接好。
2.太阳电池合上暗室盖，电流表选择2mA档。
3.调节直流稳压电源，使电压值显示为数据表所示4.记录相应数据填入数据表中。
5.根据表格画出太阳电池无光照下的伏安特性曲线。
实验完成，整理好导线及器材。
实验结论：画出太阳能电池无光照时的伏安特性曲线。
仪器介绍：太阳能电池特性测试实验仪主要由两部分组成：1．太阳能电池实验仪部分有：太阳能电池板及锁紧螺钉，光功率计探头，白炽灯，导轨，底座，实验装置如图2所示。
图22．太阳能电池测试仪部分有：直流电压表，直流电流表，入射光强指示，直流稳压电源，负载电阻。
测试仪面板如图3所示。
实验T太阳能电池特性的测量
个，实物图如图4所示。
【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 的亍带F c价带E v太阳能的利用和太阳能电池特性研究是21世纪新型能源开发的重点课题。
目前硅太阳能电池应用领 域除人造卫星和宇宙飞船外，已大量用于民用领域：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。
本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，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。
【实验目的】1. 在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。
2. 测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路电流（I ）、开SC路电压（U OC ）、最大输出功率P m 及填充因子FF ，［FF = P m /（I SC • U OC ）］。
填充因子是代表太阳能 电池性能优劣的一个重要参数。
3. 测量太阳能电池的光照特性:测量短路电流I SC 和相对光强度J/J 。
之间关系，画出I SC 与相对光强J/J 。
之间的关系图；测量开路电压U OC 和相对光强度J/J 0之间的关系，画出U OC 与相对光强J/J 0之间的 关系图。
【实验仪器】FB736型太阳能电池特性实验仪光具座及滑块座、具有引出接线的盒装太阳能电池、数字万用表1只、电阻箱1只、白炽灯光源1只（射灯结构，功率40W ）、光功率计（带3V 直流稳压电源）、导线若干、遮光罩1个、单刀双掷开关1图4FE-珈型太阳能特性实验技实物照片及筒要说明实验T 太阳能电池特性的测量（以下是厂家提供的湘）】,广|炽灯光掠；盐光功率计探头湛.噌盒〔内波太阳能电池4光功卓计致是窗口潟光功率计信号输入接口; 乱直流稳地咆源E3输也插岛。
太阳能电池的特性测量
太阳能电池的特性测量（虚仿）创建人：系统管理员总分：100报告人：学号：分组序号：一、实验目的[线上学习不用写]二、实验仪器[线上学习不用写]三、实验原理[线上学习不用写]四、实验内容[线上学习不用写]五、原始实验数据记录1、测量太阳能电池的短路电流I s和开路电压U0Is=45mA，U0= 2.03 （V）2、测量太阳能电池的端电压U和电路的电流I，见下表。
次数11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 内容I/mA 14.1 12.4 11.1 9.6 7.8 6.0 4.1 2.4 45.0 45.0 U/V 1.95 1.96 1.97 1.98 1.99 2.00 2.01 2.02 1.34 0.45 R/Ω138 158 177 206 255 333 490 841 29.8 10.0 P/mW 27.5 24.3 21.9 19.0 15.5 12.0 8.24 4.85 60.3 20.2六、数据处理（1）根据U－I测量结果，完成上面的实验表格，并求出最大的功率P和最大的电max 。
答：Pmax=72.2mW Rmax=39.6Ω阻Rmax（2）计算填充因子答：由U0=2.03V Is=45mA结合（1）可知FF=0.790七、思考题1、总结太阳能电池和普通电池的异同点？答：相同点：太阳能电池和普通电池最终储存得都为电能，在相应的时间段内，两者都能够作为储存电池持续提供电能。
不同点：太阳能电池不需要消耗化学物质，只要有阳光就会生电；普通电池必须要发生化学反应才会生电。
普通电池有一定得寿命，不可储存太久，否则电量会慢慢耗尽，太阳能电池不存在化学物质失效的问题，可以长期保存。
八、实验总结答：实验测得的最大功率Pmax=72.2mW，对应电阻Rmax=39.6Ω，填充因子为0.79实验误差分析：系统误差：电流表与电压表内阻以及导线内阻接触电阻对实验的影响；因为导线的接入而导致遮光罩可能没有完全密封；万用表及变阻箱造成的误差；随机误差：人为记录数据时记录错误，读数不准确，接线时没有接正确，万用表的读书不准确。
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。
实验20 太阳能电池特性的测量
实验20 太阳能电池特性的测量本实验主要是通过对太阳能电池进行测试，揭示其特性，并学习太阳能电池在太阳辐射下工作的原理、性能等知识。
本实验采用初级太阳能电池实验箱，结合数字万用表进行测试，具体步骤如下：1. 实验仪器及器材准备（1）初级太阳能电池实验箱：包括太阳能电池板、电源模块、电路模块、数字万用表模块等。
（2）数字万用表：测试电信号、电压、电流等数据。
（3）太阳能模拟灯盒：用来模拟太阳能电池板的照度。
2. 实验前准备工作（1）检查实验仪器及器材是否完好。
（2）检查太阳能板表面是否有明显污垢或划痕等。
（3）安装实验仪器和器材。
3. 实验步骤（1）将太阳能电池板放置在太阳能模拟灯盒下，调节灯源距离太阳能电池板的距离为300mm。
（3）打开电源模块，按照规定测试范围及精度设置数字万用表，并调节太阳能模拟灯盒的强度，开始测试。
（4）测试电压：调整数字万用表中测量电压区间，将红表笔连接正极，黑表笔连接负极，即可测量出太阳能电池板的输出电压。
（6）测试输出功率：测量出的电压和电流数值乘积即为太阳能电池板所输出的功率。
4. 实验注意事项（1）太阳能电池板应保证表面的清洁，不受任何污染物的影响。
（2）调整数字万用表的范围及精度，防止误差过大。
（3）测量电流时应注意防止太阳能电池板过载。
（4）测试时应谨慎操作，防止对数字万用表等仪器造成损坏。
（5）实验后注意对实验仪器及器材进行正确的清理和维护。
本实验的目的是为了通过测量太阳能电池的特性，揭示其原理和性能，了解太阳能电池的应用和发展情况，为今后的学习和研究打下基础。
因此，在实验中应注意以上细节，确保实验的准确性和可重复性，并加深对太阳能电池的认识和理解，为推进可再生能源技术的发展做出贡献。
物理实验太阳能电池特性测定原理
物理实验太阳能电池特性测定原理太阳能电池是一种将太阳光转换为电能的装置，它可以直接将太阳光转换为电能，具有清洁、可再生等优点。
太阳能电池的特性测定是判断太阳能电池输出电压、输出电流、光伏效率、填充因子等参数，这些参数决定了其在不同应用场合中的表现。
以下是太阳能电池特性测定的原理和方法。
1.光伏效应原理当光线照射在太阳能电池的PN结上，光能被吸收并激发带正负电荷的电子，带电的电子在PN结中形成电场，可产生电压和电流。
这种现象就是光伏效应，具有一定的光伏响应度。
2. IV 曲线原理通过测量太阳能电池在不同电压下的输出电流大小，可以绘制出一条 V-I 曲线。
在这条曲线上，太阳能电池的最大功率输出点为最大功率点(MPP)，对应的工作电压为最大功率点电压(V_mpp)，对应的工作电流为最大功率输出电流(I_mpp)。
从这条 V-I 曲线上还可以计算出填充因子、开路电压、短路电流等参数。
1. 实验装置太阳能电池、V-I 测量仪、多用表、光强计。
2. 实验步骤步骤一：准备实验装置。
将太阳能电池放在太阳下，使其接收到光照。
将 V-I 测量仪和多用表与太阳能电池接好。
步骤二：测量太阳能电池的开路电压和短路电流。
使用多用表测量太阳能电池的开路电压和短路电流，其中，短路电流是指将电路中两端短接后所得到的最大电流值。
步骤三：绘制 V-I 曲线。
使用 V-I 测量仪在太阳能电池的电路中连续测量不同电压下的输出电流大小。
记录数据并绘制 V-I 曲线。
步骤四：计算填充因子、最大功率点电压和最大功率输出电流。
步骤五：计算光伏转换效率。
使用光强计测量所接受的光强度，并使用测量得到的太阳能电池输出电流和光强度计算光伏转换效率。
三、总结太阳能电池的特性测定是重要的实验内容，通过测量各个参数可以确定太阳能电池在不同应用场景下的表现。
在实验中，需要使用多个实验设备，综合运用光学、电学的知识进行测量。
同时，也需要注意实验环境和实验操作的安全。
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实验目的
1. 测量不同照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压U 0和短路电流I s 。
2. 在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率P 和负载电阻R 的函数关系。
3. 确定太阳能电池的最大输出功率P max 以及相应的负载电阻R max 和填充因数。
原理
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（如图1）。
那些在 pn 结附近n 区中产生的少数载流子由于浓度梯度而要扩散。
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，存在一空间电流区，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。
只有p 区的光生电子和n 区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。
光生电子被拉向n 区，光生空穴被拉向p 区，即电子空穴对被内建电场分离。
这导致在n 区边界附近有光生电子积累，在p 区边界附近有光生空穴积累。
它们产生一个与热平衡pn 结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由p 区指向n 区。
这一现象称为光伏效应（Photovoltaic effect ）。
图1 太阳能电池的工作原理
太阳能电池的工作原理是基于光伏效应的。
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I s 。
同时，由于pn 结二极管的特性，存在正向二级管电流I D ，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 为两个电流之差：
)()(D S U I ΦI I -= （1）
如果连接一个负载电阻R ，电流I 可以被认为是两个电流之差，即取决于辐照度Φ的
负方向电流I s ，以及取决于端电压U 的正方向电流I D 。
由此可以得到太阳能电池伏安特性的典型曲线（见图2）。
在负载电阻小的情况下，太阳能电池可以看成一个恒流源，因为正向电流I D 可以被忽略。
在负载电阻大的情况下，太阳能电池相当于一个恒压源，因为如果电压变化略有下降那么电流I D （U ）迅速增加。
图2 在一定光照强度下太阳能电池的伏安特性（U max ，I max ：最大功率点）
当太阳电池的输出端短路时，可以得到短路电流等与光生电流I s 。
当太阳电池的输出端开路时，可以得到开路电压U 0。
在固定的光照强度下，光电池的输出功率取决于负载电阻R 。
太阳能电池的输出功率在最大负载电阻R max 时达到一个最大功率P max ，R max 近似等于太阳能电池的内阻R i 。
R i = U 0/I S （2）
这个最大的功率比开路电压和短路电流的乘积小（见图2），它们之比为
S
0max
I U P F ⋅=
（3）
F 称为填充因数。
我们经常用几个太阳能电池组合成一个太阳能电池。
串联会导致更大的开路电压U 0，而并联会导致更大的短路电流I S 。
在本实验中，把2个太阳能电池串联，分别记录在四个不同的光照强度时电流和电压特性。
光照强度通过改变光源的距离来实现。
此外，太阳能电池的输出功率
P=U·I （4）
是负载电阻
R=U /I （5）
的函数。
仪器
太阳能电池两块 插件板： A4大小
万用表两块
一个光源：卤素灯
一个稳压源：2~12V ，100W
图3 实验装置
仪器调整
实验装置见图3。
1. 把太阳能电池插到插件板上，用两个桥接插头把上边的负极和下面的正极连接起来（串联起2个太阳能电池）。
2. 插上电位器作为一个可变电阻，然后用桥接插头把它连接到太阳能电池上。
3. 连接电流表，使它和电池、可变电阻串联。
选择测量范围：直流200mA。
4. 连接电压表使之与电池并联，选择量程：直流2V。
5. 连接卤素灯与稳压源，使灯与电池成一线，以使电池均匀受光。
实验步骤
1. 接通电路，将可变电阻器阻值调为最小以实现短路，并改变卤素灯的距离或调节光源输出光功率，使短路电流大约为45mA。
2. 逐步改变负载电阻值降低电流，分别读取电流和电压值，记入表格1。
3. 断开电路，测量开路电压并记录。
4. 调节电源功率，调整短路电流约35mA，25mA和15mA，并重复上述测量。
5. 根据表1，用坐标纸或Excel绘出U-I曲线。
6. 根据表2，坐标纸或Excel绘出P-R特性曲线。
7. 计算表格3的物理量。
8．由表格4计算填充因数的平均值。
数据记录表格
表1：测量太阳能电池的端电压U和通过负载电阻的电流I(短路电流I S开路电压U0)
表2：根据表1测量的U和I值计算得到的P和R值
表3：对应于最大功率的负载电阻值R max和根据（2）式计算出的内阻值R i
表4：最大功率P max和开路电压与短路电流的乘积
思考题
1.由表1绘出的伏安特性曲线说明负载电阻R、端电压U及光的辐射强度之间的关系。
2.由表2绘出P-R特性曲线说明在一定的光照强度下，P与R之间的关系。
3.太阳能电池的短路电流与光照强度之间是什么关系
4.在一定的负载电阻下，太阳能电池的输出功率取决于什么何时输出功率最大且与光照强
度有怎样的关系
5.对于负载电阻较小时，太阳能电池表现出什么特性，而负载电阻较大时有什么特性。