单晶硅太阳电池性能测试实验.
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汽驱动发电机发电，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。
太阳能电池也称光伏电池，是将太阳辐射能直接转换为电能的器件。
由这种器件与相配套的装置组成的太阳能电池发电系统具有不消耗常规能源、无转动部件、寿命长、维护简单、使用方便、功率大小可任意组合、无噪声、无污染等优点。
世界上第一块实验用半导体太阳能电池是美国贝尔实验室于1954年研制的。
经过50多年的努力，太阳能电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。
目前太阳能电池的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。
太阳能是一种清洁的“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。
【实验目的】1．探讨太阳能电池的基本特性；2．研究无光照时太阳能电池在外加偏压时的伏安特性；3．测量太阳能电池有光照时的输出特性，并求出它的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子；4．测量太阳能电池的短路电流、开路电压与相对光强的关系，求出它们的近似函数关系。
【预备问题】1．如何对光具座的同轴等高调节？2．太阳能电池在使用时正负极能否短路？普通电池在使用时正负极能否短路？3．太阳能电池的基本工作原理是什么？4．填充因子的物理意义是什么？如何通过实验方法测量填充因子？【实验仪器】太阳能电池特性实验仪（包括光具座、滑块、光源、太阳能电池、遮光板、光功率计、直流稳压电源、遮光罩、单刀双掷开关等）、万用表、电阻箱。
【实验原理】1．太阳能电池的结构以晶体硅太阳能电池为例，它以P型硅半导体材料作为基质材料，通过在表面的N型杂质扩散而形成PN结，N型半导体为受光面，为了减少光的反射损失，一般在整个表面覆盖一层减反射膜，在N型层上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图20-1 太阳能电池结构图触电极，这样就形成了晶体硅太阳能电池，如图20-1所示。
硅基太阳能电池的制备与性能测试
硅基太阳能电池的制备与性能测试随着全球能源需求的不断增长，新能源技术的研究和开发也日益受到关注。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，在各国的能源战略中扮演着越来越重要的角色。
而硅基太阳能电池是目前商业化应用最广泛的太阳能电池类型之一，其高效率、稳定性和长寿命等优点使得其在太阳能领域具有重要的地位。
本文将介绍硅基太阳能电池的制备过程和常用的性能测试方法。
第一部分：硅基太阳能电池的制备过程硅基太阳能电池的制备主要分为以下步骤：1. 硅片制备硅基太阳能电池的制备使用的是单晶硅片，这一步的目的是制备出高质量、高纯度、表面光滑无瑕疵的硅片。
制备过程中需要注意控制硅片的厚度和杂质含量，以保证后续加工的质量。
2. 损伤形成损伤形成的目的是在硅片表面形成一层浅层杂质。
这一步可以使用阳极氧化或者离子注入等方法，在表面引入针对某种特定能量吸收的杂质，从而提高硅片表面的光吸收能力。
3. 沉积反应沉积反应是在损伤层上沉积一层p型或n型硅。
这一步可以使用化学气相沉积或物理气相沉积等技术。
4. 金属电极沉积金属电极沉积是在p型和n型硅片表面分别沉积一层金属电极，用于收集光电流，将其导出到外部电路中。
5. 镀膜反应最后一步是在硅片表面涂上透明电极涂层，以提高光的透过率和反射率。
完成以上步骤后，硅基太阳能电池即制备完成。
不同的制备技术和工艺参数会对硅基太阳能电池的性能产生影响，因此制备过程需要严格控制各个参数。
第二部分：硅基太阳能电池的性能测试硅基太阳能电池的性能测试是评估太阳能电池性能的重要手段，主要通过以下测试来衡量太阳能电池的质量和性能：1. IV曲线测试IV曲线测试是对太阳能电池的电气性能进行测试的最常见的方法之一。
测试时需要在固定光强下测量太阳能电池的电流密度和电压，以便绘制出IV曲线。
该曲线能够反映出太阳能电池的输出功率、填充因子、转换效率等参数。
2. 光谱响应测试光谱响应测试是通过测量太阳能电池在不同波长下的电流响应，来确定太阳能电池在不同波长下的能量转换效率。
单晶太阳能电池实验室工作内容
单晶太阳能电池实验室工作内容单晶太阳能电池，这个名字听起来好像很高大上，是吧？其实它就是一种通过太阳能来发电的“神器”，而且工作起来非常安静，不会发出半点噪音。
想想看，太阳照在它身上，就能为我们提供清洁能源，既环保又实用，简直是现代科技的魔法啊。
好了，不啰嗦，咱们今天就聊聊在实验室里做单晶太阳能电池的那些事儿。
说到单晶太阳能电池的实验室工作，大家是不是脑袋里已经冒出了无数的高大上仪器，或者一堆堆令人头疼的化学公式？放心，我可不会让你陷入那些复杂的细节。
实验室的工作更像是做一顿精致的大餐，不仅需要耐心，还得有点“心机”，但最重要的，还是得有团队合作，大家分工协作，才能保证一切顺利。
先说说准备工作吧，毕竟没有充分的准备，任何一项任务都容易陷入“半途而废”的境地。
你得先准备好单晶硅片，这玩意儿就像是太阳能电池的“主角”，没有它，电池也就成了摆设。
然后，还有一些材料需要一一摆上实验台，像是金属电极、化学溶液等等，这些东西也许在你看起来都是一堆“化学玩具”，但它们缺一不可。
这时候你可能会想，这些材料怎么搞？是不是得动用高精尖的设备？其实也不是那么复杂。
实验室里有台叫做“熔炉”的机器，它能在高温下将这些材料融合到一起。
高温过后，单晶硅片就开始慢慢“变形”，变成你需要的形状。
电极材料就得均匀地涂上去，这个过程可得小心，稍不注意，电极的分布就可能不均，影响最终的性能。
不过，别担心，实验室里的每个人都会紧紧盯着，确保每一步都做到位。
到了这一步，电池的基本结构已经初步完成了，接下来就是最重要的测试环节了。
测试环节，不得不提的就是那台专门用来测量太阳能电池效率的设备。
它就像是一个“小侦探”，通过对电池的性能进行精准的“侦测”，帮助我们找出其中的“问题”。
你可得想象一下，当电池表现出良好的效率时，大家的脸上就能挂上笑容，仿佛是在开了一场胜利的宴会。
相反，如果测试结果不太理想，大家就得集思广益，找出哪里出了岔子，重头再来。
单晶硅太阳电池性能测试实验.
实验一、单晶硅太阳电池特性测试一、实验目的1.了解单晶硅太阳电池的工作原理和结构。
2.了解单晶硅太阳电池的外特性。
3.了解单晶硅太阳电池外特性的影响因素。
二、实验仪器1.单晶硅太阳电池板一块2.单晶硅太阳电池阵列一块3.光源(氙灯一套4.调压器一台5.数字万用表两块6.定值变阻若干7.光辐射计一块三、实验任务1. 模拟太阳光条件下,单晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。
测量记录日期、时间和地点,绘制电池的外形结构图并记录电池几何参数 (用于计算电池面积 ,并记录太阳光当时辐射强度,按照图 1所示实验原理图接线。
(1 在室内太阳光模拟器下,分别测试光强为 1 sun (1000 W/m2 、 0.5 sun (500 W/m2下的电池短路电流(I sc 和空载电压(U oc ,以及输出外特性曲线。
(2 具体测量方法:分别在上述一定光强下,逐步改变电阻箱(负载的阻值 R L ,分别测量电池两端的 I 和 U 。
根据测量结果绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。
图 1 单晶硅电池阵列外特性测试2. 自然太阳光条件下,单晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。
(1选择户外有太阳光的地方,记录天气状况,测试时间,并测试太阳光辐射强度;(2改变单晶硅电池板与地平线的夹角,分别测量在 0o 、 30o 和 45o 夹角下,电池的短路电流(I sc 和空载电压(U oc 。
(3分别在上述夹角下,逐步改变电阻箱的阻值(即负载电阻 R L ,测量不同电阻值下的电池两端的 I 和 U ,以绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。
3. 单晶硅太阳电池电池阵列板的的输出外特性测量记录日期、时间和地点;记录太阳电池阵列的结构与几何尺寸,应于估算电池面积;记录天气状况、太阳光当时辐射强度,按照图 1所示实验原理图接线。
(1在太阳光照下,水平放置电池阵列板,先测试出在当前光照下的短路电流(I sc 和空载电压(U oc ,在逐步改变负载,测量电池阵列的输出外特性。
实验一单晶硅太阳光伏电池特性测试doc
实验二、非晶硅、多晶硅太阳电池特性测试一、 实验目的1．了解非晶硅、多晶硅太阳电池的结构。
2．了解非晶硅、多晶硅太阳电池的外特性。
3．了解非晶硅、多晶硅太阳电池外特性的影响因素。
二、 主要实验仪器与材料1．非晶硅、多晶硅太阳电池板（单电池与电池阵列） 4块2．光源（氙灯） 1套3．数字万用表 2块4．电阻箱阻 1个三、 实验任务1． 多晶硅太阳电池单电池的输出外特性测量记录日期、时间和地点，并记录太阳光当时辐射强度，按照图1所示实验原理图接线。
(1) 白天有太阳光的情况下，改变多晶硅电池板与太阳光线的夹角，分别测量在0o 、45o 和90o 夹角下，电池的短路电流（I sc ）和空载电压（U oc ）。
(2) 改变电阻箱的阻值R L ，分别测量电阻两端的I 和U 。
测量不同条件下的电池外特性曲线。
(3) 阴天时，同样进行(1)的测量。
此时，以氙灯为光源，调整光轴线与太阳电池板的夹角，分别夹角为0o 、45o 和90o 下的电池的输出外特性。
2． 多晶硅太阳电池阵列板的输出外特性测量记录日期、时间和地点，并记录太阳光当时辐射强度，按照图1所示实验原理图接线。
(1) 白天有太阳光的情况下，改变电池阵列板与太阳光线的夹角，分别测量在0o 、45o 和90o 夹角下，电池阵列板的I sc 和U oc 。
(2) 改变电阻箱的阻值R L ，分别测量电阻两端的I 和U 。
测量不同条件下的电池阵列板的外特性曲线。
图1电池外特性测试简图(3)阴天时，同样进行(1)的测量。
此时，以氙灯为光源，调整光轴线与太阳电池板的夹角，分别夹角为0o、45o和90o下的电池阵列板的输出外特性。
3．非晶硅太阳电池单电池的输出外特性测量记录日期、时间和地点，并记录太阳光当时辐射强度，按照图1所示实验原理图接线。
(1)白天有太阳光的情况下，改变电池阵列板与太阳光线的夹角，分别测量在0o、45o和90o夹角下，电池阵列板的I sc和U oc。
太阳能电池I-V特性测试实验
摘要随着各国对环境保护的力度加大,再生清洁能源的市场需求巨大,发展太阳能利用技术前景广阔。
太阳能利用领域众多,目前主要通过太阳能电池片把太阳能转换为电能加以利用。
太阳能电池的材料都是半导体材料，电池能量转换的基础是光生伏特（光电）效应。
本文正是基于此对太阳能电池的技术原理进行了深入的研究，并在已有的研究基础上对其电流电压间的关系进行了客观的分析。
首先，阐述了半导体材料的内光电效应，介绍太阳能电池的能量转换过程，包括太阳能电池工作原理、光电转换特性、参数表征。
然后介绍各类电池的技术原理、电池结构与发展前景。
涉及硅太阳能电池，非晶系硅太阳能电池，薄膜太阳能电池等。
最后运用一系列的实验仪器分别测量暗环境和光照条件下硅电池的电流和电压，并作出相应的图像，分析开路电压，短路电流，输出功率变化特点。
进而分析出使太阳能电池的输出功率较大的条件。
关键词：太阳能电池；光电效应；半导体；输出功率AbstractWith the protection of the environment to increase renewable clean energy, the huge market demand, the development of solar energy utilization technology prospect.The solar energy utilization field many, mainly through the film solar cells convert solar energy into electric energy and make use of.Solar cell material is a semiconductor material, battery energy conversion is the basis of photovoltaic (PV) effect.This article is based on the principle of solar cell technology is studied, and on the basis of the study on the relationship between current and voltage in the objective analysis.First, elaborated the semiconductor material within the photoelectric effect, the solar energy conversion process, including the working principle of solar cells, the photoelectric conversion characteristic, parameter characterization.And then introduces the various types of battery technology, battery structure and development prospect.Relates to silicon solar cell, amorphous silicon solar cell, thin film solar cell.Finally, using a series of experimental apparatus were measured in dark environment and under light silicon battery current and voltage, and make the corresponding image analysis, open-circuit voltage, short-circuit current, power output change characteristic.Further analysis to the power output of the solar cell larger conditions.Keywords: Solar cells；Semiconductor；Photoelectric effect；Output power目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国内外太阳能发电产业发展现状及趋势 (1)1.3 太阳电池的应用的主要领域 (3)1.4本文主要内容 (4)第2章太阳电池工作原理和特性 (5)2.1 半导体的内光电效应 (5)2.2 太阳电池的能量转换过程 (5)2.3 太阳电池的基本参数 (7)2.3.1 短路电流 (7)2.3.2 开路电压 (9)2.4 太阳电池的输出特性 (10)2.4.1 等效电路 (10)2.4.2 输出特性 (11)2.4.3 转换效率 (12)2.4.4 太阳电池的光谱响应 (12)2.4.5 太阳电池的温度效应 (13)2.4.6 太阳电池的辐照效应 (13)第3章太阳能电池的种类 (14)3.1 硅太阳能电池 (14)3.2 非晶系硅太阳能电池 (14)3.3多元化合物太阳电池 (16)3.3.1 铜铟镓二硒太阳能电池 (16)3.3.2 硫化镉太阳电池 (17)3.3.3 镉碲薄膜太阳能电池 (17)3.3.4 砷化镓太阳电池 (19)3.4 硅薄膜太阳能电池 (19)3.5 染料敏化太阳能电池 (19)第4章太阳能电池I-V特性测试实验 (22)4.1实验原理 (22)4.1.1 太阳能电池无光照情况下的电流电压关系－（暗特性） (22)4.1.2 太阳能电池光照情况下的电流电压关系－（光特性） (23)4.1.3 太阳能电池的效率 (24)4.2实验仪器 (25)4.2.1 光源与太阳能电池部分 (25)4.2.2 光路部分 (27)4.2.3 温度控制及外电路电源 (27)4.3 实验步骤 (29)4.3.1 太阳能电池暗特性测试 (29)4.3.2 太阳能电池光照特性测试 (29)4.4 试验结果 (30)4.4.1 无光照情况下的电流电压关系 (30)4.4.2 光照情况下的电流电压关系 (32)第5章总结 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录A 英文原文 (42)附录B 中文翻译 (49)第1章绪论1.1课题背景随着工业的快速发展和社会经济规模的扩大，人类对能源的需求量与日俱增。
单晶硅太阳能板的测试标准
单晶硅太阳能板的测试标准
单晶硅太阳能板的测试标准主要包括以下几个方面：
1. 输出功率：这是太阳能板最重要的性能指标，测试时需要确保在标准条件下（如大气质量，光照强度1000W/m²，温度25℃）进行测量。
此时太阳能电池组件所输出的最大功率称为峰值功率，通常用太阳能模拟仪测定。
2. 效率：效率是指太阳能板将光能转换为电能的效率，即每单位面积的太阳能板可以产生多少电能。
3. 抗紫外线辐射：太阳能板长期暴露在阳光下，紫外线辐射会对其造成损害，因此需要测试其抗紫外线辐射的能力。
4. 耐候性：耐候性是指太阳能板在不同环境条件下的性能稳定性，包括温度、湿度、风雨等。
5. 安全性能：太阳能板在运行过程中可能会产生高温，需要测试其安全性能，包括防火、防电击等。
6. 外观质量：太阳能板的外观质量也会影响其性能，需要对其表面质量、颜色、尺寸等进行测试。
以上是单晶硅太阳能板的测试标准，具体标准可能会因应用领域和地区而有所不同。
太阳能光伏电池实验
0
图1.单晶硅太阳能电池板（25℃）实际测量得到的暗特性I－V曲线
图2.不同温度时单晶硅太阳能电池片的输出伏安特性
亮特性
光电流IL在负载上产生电压降，这个电压降可以使pn 结正偏。如图3所示，正偏电压产生正偏电流IF。在 反偏情况下，pn结电流为：
从亮特性伏安曲线可直接读出
图5.实测单晶硅太阳能电池板输出伏安特性曲线
太阳能电池的效率图6.最大源自率矩形太阳能电池的光谱响应
【1】近代物理实验，西北大学物理学系 【2】安毓英，刘继芳光电子技术（第三版），电子 工 业出版设，北京：117-119，136-141 【3】茅倾青,潘立栋,陈骏逸等，太阳能电池基本特性测 定实验,物理实验[J],2004,24(11):6-9 【4】周孑民，太阳能光伏电池特性实验研究，能源与 环境[J],2011,4:72-73
1.光生伏特效应 2.无光情况下的电流电压关系 （暗特性） 3.光照情况下的电流电压关系 （亮特性） 4.太阳能电池的效率 5.太阳能电池的光谱响应 6.参考文献
光生福特效应
暗特性
无光照情况下的太阳能电池等价于一个理想pn结， 其电流电压关系为肖克莱方程：
pn结的单向导通性 （整流特性）： 暗条件下太阳能 电池IV曲线不对称
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实验一、单晶硅太阳电池特性测试
一、
实验目的
1.了解单晶硅太阳电池的工作原理和结构。
2.了解单晶硅太阳电池的外特性。
3.了解单晶硅太阳电池外特性的影响因素。
二、实验仪器
1.单晶硅太阳电池板一块
2.单晶硅太阳电池阵列一块
3.光源(氙灯一套
4.调压器一台
5.数字万用表两块
6.定值变阻若干
7.光辐射计一块
三、实验任务
1. 模拟太阳光条件下,单晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。
测量记录日期、时间和地点,绘制电池的外形结构图并记录电池几何参数 (用于计算电池面积 ,并记录太阳光当时辐射强度,按照图 1所示实验原理图接线。
(1 在室内太阳光模拟器下,分别测试光强为 1 sun (1000 W/m2 、 0.5 sun (500 W/m2下的电池短路电流(I sc 和空载电压(U oc ,以及输出外
特性曲线。
(2 具体测量方法:分别在上述一定光强下,逐步改变电阻箱(负载的阻值 R L ,分别测量电池两端的 I 和 U 。
根据测量结果绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。
图 1 单晶硅电池阵列外特性测试
2. 自然太阳光条件下,单晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。
(1选择户外有太阳光的地方,记录天气状况,测试时间,并测试太阳光辐射强度;
(2改变单晶硅电池板与地平线的夹角,分别测量在 0o 、 30o 和 45o 夹角下,电池的短路电流(I sc 和空载电压(U oc 。
(3分别在上述夹角下,逐步改变电阻箱的阻值(即负载电阻 R L ,测量不同电阻值下的电池两端的 I 和 U ,以绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。
3. 单晶硅太阳电池电池阵列板的的输出外特性
测量记录日期、时间和地点;记录太阳电池阵列的结构与几何尺寸,应于估算电池面积;记录天气状况、太阳光当时辐射强度,按照图 1所示实验原理图接线。
(1在太阳光照下,水平放置电池阵列板,先测试出在当前光照下的短路电流(I sc 和空载电压(U oc ,在逐步改变负载,测量电池阵列的输出外特性。
(2用黑色遮光板遮住一半面积的阵列板,记录电池的短路电流(I sc 和空载电压(U oc ,进一步测量该条件下的外特性曲线。
四、实验结果
1.绘制单电池与阵列板串并联方式简图,标明单电池与电池阵列的有效面积。
单电池有效面积:10.84cm2
电池阵列有效面积:36*10.84cm2
2.整理实验数据,分别绘出单晶硅电池单电池、电池阵列板在不同测试条件下的外特性。
(1自然光条件下:
0度
填充因子:0.45 效率:6.00%
图一:0度单电池外特性
单电池 30度填充因子:0.44 效率:6.10%
图二:30度单电池外特性
单电池 45度填充因子:0.43 效率:6.10%
图三:45度单电池外特性
(2单晶硅单电池室内
入射光强:100 mw/cm2 填充因子:0.19 效率:0.52%
图四:单晶硅单电池室内 100 mw/cm2入射光强外特性入射光强:60mw/cm2
填充因子:0.26
效率:087%
图五:单晶硅单电池室内 60 mw/cm2入射光强外特性(3单晶硅模块在自然光条件下
填充因子:0.68
效率:10.90%
图六:单晶硅模块自然光条下的外特性
单晶硅模块遮一半填充因子:0.23 效率:0.05%
图六:单晶硅模块遮一半自然光条下的外特性
3.根据测试数据,分析模拟光强对单电池电池 I sc 和 U oc 的的影响,并分析所测得的 I sc 和 U oc 的实验数据是否复合理论结果。
光强越大 , 电压和电流都增大。
符合理论结果。
因为单晶硅单电池在室内 100mw/cm2下开路电压时 0.556V ,短路电流时 95.6mA
单晶硅单电池在室内 60 mw/cm2下开路电压时 0.51V ,短路电流时 79mA
4.分析单电池电池板的放置角度对输出特性、最大输出功率的影响特征。
放置角度影响输入光强,光强增加,电流增大 , 电压不变 , 输出功率增大 , 效率增大。
但实验数据表明实验设置的三个角度下测得的填充因子和效率基本一致。
分别是:
0度
填充因子:0.45
效率:6.00%
单电池 30度
填充因子:0.44
效率:6.10%
单电池 45度
填充因子:0.43
效率:6.10%
分析原因是由于西安的纬度决定了所设置的 30度和 45度刚好处于最大入射光强角度的两边,即入射光强基本一致。
猜测另一个原因是:当天测试环境下原本的太阳光就不强,即使发生电池与入射光的角度差异, 带来的入射光强差基本可以忽略。
5.分析单晶硅电池板一半面积被遮挡的情况下电池输出性能变化原因,分析单晶硅光伏单电池与电池阵列板输出特性的差异及影响因素,了解串关联结构的特征。
由于本组测试时是正午,用来遮挡电池板的挡光纸不能完全遮住太阳光,电池在微弱的入射光下,产生了极小的电流。
实验结果得到单晶硅模块在遮一半时测得短路电流为 1.9mA 。
另一方面,被遮挡的部分变为较大的电阻 , 其他部位的电阻变化对内阻影响不大 , 可看做恒定内阻。
可以从实验结果中得到:单晶硅模块在遮一半时的电压比单晶硅单电池大得多,因为模块式单电池的串联结构,回路电压是每个单电池电压之和。