太阳电池基本特性测试仪的原理及其应用
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的测量
太阳能电池基本特性的测量本文由【】 搜集整理。
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的测量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，已应用于许多民用领域，如太阳能汽车、太阳能收音机、太阳能电站，目前太阳能作为一种清洁、绿色的再生能源有着广泛的应用前景。
本实验主要研究太阳能电池的基本特性、吸收光能转变为电能的特性。
一、实验目的：（1）测定太阳能电池在无光照条件下的伏安特性，验证它与二极管具有相同的特性 （2）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（3）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、电阻箱、直流电源、光功率计和探头、开关、电路板、导线 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，正向偏压u 与通过电流I 的关系为0(1)u I I e β=-，0I 和β是常数。
根据半导体理论，二极管主要是由能隙为c v E E -的半导体构成，c E 为半导体电带，v E 为半导体价电带。
入射光光子的能量为hv (h 为普朗克常数，v 为光的频率)，当光子能量c v hv E E >-时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对，它们分别受到半导体内电场作用而产生光电流。
太阳能电池在工作时的简化电路如图所示，它可等效为一个电流源与二极管的并联。
由图可知：0(1)uph d ph I I I I I e β=-=--当输出短路时：0u = 短路电流sc ph I I I ==当输出开路时：0I = 代入上式得：(1)0u ph I I e β--= →0(1)oc u sc I I e β=-oc u 为开路电压 四、实验内容和要求：1、在无光照条件下测量太阳能电图一池正向偏压时的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。
(2023)太阳能电池特性实验仪实验报告综合(一)
(2023)太阳能电池特性实验仪实验报告综合(一)太阳能电池特性实验仪实验报告综合1. 实验目的•了解太阳能电池的工作原理•掌握太阳能电池的特性参数测量方法•学会使用太阳能电池特性实验仪进行测试2. 实验原理太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置。
其基本原理是光生电效应，即当光照射在半导体材料上时，会激发出电子，形成电子空穴对，并且在半导体内形成一个电场，使电子向p区移动，空穴向n区移动，产生电流。
太阳能电池的主要特性参数有：开路电压、短路电流、填充因子和转换效率。
3. 实验步骤1.连接太阳能电池特性实验仪，按照操作手册进行操作。
2.用可调电源调节太阳能电池的光照强度，在光强一定的情况下，记录开路电压和短路电流。
3.在一定光照强度下，改变外部电阻，得到不同电流和电压下的数据，计算填充因子和转换效率。
4.将测试数据记录在实验报告中。
4. 实验结果分析通过实验结果可以得知，太阳能电池在不同光照强度下，特性参数有所变化。
随着光照强度的增加，开路电压增大，而短路电流却呈指数形式增加。
填充因子与外部电阻有关，当外部电阻等于内部电阻时，填充因子最大，转换效率也最高。
同时，实验结果还可以用来评价太阳能电池的质量和性能。
5. 实验结论通过本次实验，掌握了太阳能电池的工作原理和特性参数测量方法，学会使用太阳能电池特性实验仪进行测试，并得出了一系列有意义的实验数据。
实验结果可以对太阳能电池的质量和性能进行评价，为太阳能产业的发展提供了有力支持。
6. 实验中遇到的困难及解决方法在实验的过程中，发现有时候太阳能电池特性实验仪的读数可能有一定偏差。
造成这种情况的原因可能是实验仪器的误差或者是仪器的使用方法不正确。
为了解决这个问题，我们可以对实验仪器进行校准，或者在操作时仔细阅读操作手册，确保每个步骤都正确地进行。
7. 实验的局限性和改进方向太阳能电池特性实验仪实验只是在一定的实验条件下进行，实验结果的精确性受到实验条件的限制。
太阳能电池特性实验仪实验报告综-V1
太阳能电池特性实验仪实验报告综-V1实验目的：本实验的目的是利用太阳能电池特性实验仪对太阳能电池的性能指标进行测试，进一步了解太阳能电池的特性。
实验原理：太阳能电池是一种可以将太阳能转换成电能的装置，其基本原理是利用光电效应，在太阳光线的作用下，将光能转化为电能。
太阳能电池的主要性能指标为开路电压、短路电流、填充因子和转换效率等，其中，开路电压是指在没有外加负载时，太阳能电池的输出电压；短路电流是指在没有外加负载时，太阳能电池的输出电流；填充因子是指在特定工作点时太阳能电池输出功率与最大输出功率的比值；转换效率是指将太阳能转化为电能的效率，可以通过太阳能电池的输出功率与入射光能之比计算得出。
实验装置：太阳能电池特性实验仪、太阳能电池、电流表、电压表和多用表等。
实验步骤：1.根据实验装置的要求，接好电流表、电压表和多用表等；2.将太阳能电池与实验仪连接，注意连接电路的正确性；3.打开实验仪的电源，调节仪器，使其正常工作；4.根据实验仪的指示，逐步调节太阳能电池的输出电压和电流；5.分别记录太阳能电池在不同电流和电压下的输出功率，并计算出太阳能电池的填充因子和转换效率；6.根据实验数据，绘制太阳能电池的 I-V 特性曲线和 P-V 特性曲线；7.最后，根据实验结果进行分析和讨论。
实验结果和分析：本实验得到的太阳能电池的性能指标如下：开路电压：0.5 V短路电流：1.5 A填充因子：0.7转换效率：10%从这些指标可以看出，太阳能电池的输出电压和电流相对较低，转换效率也比较低，这与太阳能电池的材料及结构等因素有关。
通过绘制太阳能电池的 I-V 特性曲线和 P-V 特性曲线，可以更加清晰地展现出太阳能电池的性能特点。
综上所述，太阳能电池特性实验仪是一种非常有用的实验装置，可以用来评估太阳能电池的性能，为太阳能电池的设计和研发提供参考。
太阳能电池基本特性的测量
太阳能电池基本特性的测量***，物理学系摘要：本实验旨在测量、验证太阳能电池的一系列物理特性。
测量无光照条件下太阳能电池在正向偏压条件系下的伏安特性，推导并拟合了其特性曲线及发射系数，并试图用太阳能电池的理论模型来解释其伏安特性的分段性质。
同时笔者还解释了在固定光强下太阳能电池的负载特性，推算出了1000lux下的填充因子。
并且利用光功率测定仪，定量分析太阳能电池的光照特性。
最后，使用不同滤色片滤光并测量对应太阳能电池短路电流，从而推算其禁带宽度。
关键词：太阳能电池伏安特性发射系数填充因子禁带宽度Measurement of the basic characteristics of solar cellsYixiong Ke, Department of PhysicsAbstarct：This experiment is aimed to verify the basic characteristics of solar cells. The author have measured the voltage characteristic of the solar cell without any illumination. Based on these data, the author also have calculated the emission coefficient, and tried to explain the same physics nature under the different quality in divided section. In addition, the load characteristic and the filling factor of the solar cell, under fixed light intensity, has also been measured. Similarly, by measuring the electric properties with color filters and photometers, the forbidden band width of the solar cell has been calculated as well.Key words: solar cells voltage characteristic emission coefficient filling factor forbidden band width一、引言太阳能电池又称硅光电池，其结构简单，具有重量轻、寿命长、价格便宜、使用方便等诸多优点。
太阳能电池特性及应用实验仪实验指导说明书全解
太阳能电池应用实验仪实验指导及操作说明书太阳能电池应用实验仪电池行业是２１世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。
在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能电池，太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。
照射在地球上的太阳能非常巨大，大约４０分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年的能量消费。
可以说，太阳能是真正取之不尽，用之不竭的能源。
而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。
所以太阳能发电被誉为最理想的能源。
从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现。
它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥获取能源花费的时间短。
要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低成本；二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。
太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适合于各家各户分散进行发电，而且要联接到供电网络上。
应用举例：1.光伏并网发电。
其应用范围十分广阔，覆盖着从几瓦、几十瓦的小型便携式电源直到几兆瓦的并网发电系统，同时在太阳能照明以及通信系统、水文观测系统、气象和地震台站等中得到了广泛的应用。
2.太阳能路灯3. 太阳能电话。
巴黎伏德瓦特公司制作的太阳能收费公用电话，耗电量极低，只要在阳光下充电几小时，便足够使用１０多天。
4. 太阳能冰箱。
印度研制出一种仓库用的大型太阳能冰箱，上部装的抛物线镜面将阳光集中在半导体网孔上，把光转换成电流，箱内温度保持在－２℃，可冷藏５００公斤食品，每天还可制出２５公斤冰来。
5. 太阳能空调器。
日本夏普电器公司制造的这种空调装置，当天气晴朗时，全部动力都由阳光供给，多云或阴天时才使用一般电源。
期间的转换由控制系统自动完成，用它可使一间１８平方米的居室室温保持在２０℃左右，并较一般空调器节约电费６０％以上。
6. 太阳能电视机。
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。
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、最大功率点以及填充因子等参数，深入了解太阳能电池的工作原理和性能特点，为太阳能电池的应用和优化提供实验依据。
二、实验原理太阳能电池是一种基于半导体pn 结光生伏特效应的能量转换器件。
当太阳光照射到太阳能电池表面时，光子的能量被半导体吸收，产生电子空穴对。
在内建电场的作用下，电子和空穴分别向 n 区和 p 区移动，形成光生电流和光生电压。
1、开路电压（Voc）当太阳能电池处于开路状态时，即外电路电阻无穷大，此时输出的电压即为开路电压。
开路电压与半导体材料的禁带宽度、光照强度和温度等因素有关。
2、短路电流（Isc）当太阳能电池的输出端被短路，即外电路电阻为零，此时流过的电流即为短路电流。
短路电流主要取决于光照强度和电池的面积。
3、最大功率点（Pm）在不同的负载电阻下，太阳能电池的输出功率不同。
当负载电阻与太阳能电池的内阻匹配时，输出功率达到最大值，此时对应的工作点称为最大功率点。
4、填充因子（FF）填充因子是衡量太阳能电池性能的重要参数，定义为最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值，即 FF ＝ Pm ／（Voc × Isc)。
三、实验仪器与材料1、太阳能电池实验装置包括太阳能电池板、可变电阻箱、数字电压表、数字电流表、光源等。
2、计算机及数据采集软件四、实验步骤1、连接实验电路将太阳能电池板与可变电阻箱、数字电压表和数字电流表按照正确的电路连接方式连接好。
2、测量开路电压在光源关闭的情况下，将可变电阻箱调至无穷大，测量太阳能电池的开路电压 Voc，并记录数据。
3、测量短路电流在光源关闭的情况下，将可变电阻箱调至零，测量太阳能电池的短路电流 Isc，并记录数据。
4、测量不同负载下的输出特性打开光源，调节可变电阻箱的阻值，从大到小依次测量不同负载电阻下太阳能电池的输出电压 V 和输出电流 I，并记录数据。
太阳能电池特性测试实验报告
太阳能电池特性测试实验报告一、1.1 实验目的与意义随着科技的不断发展，太阳能作为一种清洁、可再生的能源越来越受到人们的关注。
为了更好地了解太阳能电池的性能，提高太阳能电池的转换效率，我们进行了一次太阳能电池特性测试实验。
本实验旨在通过理论分析和实验验证，探讨太阳能电池的工作原理、性能参数及其影响因素，为太阳能电池的研究和应用提供理论依据。
二、2.1 实验原理太阳能电池是一种将太阳光能直接转化为电能的装置。
其工作原理是利用半导体材料的光电效应，当太阳光照射到半导体表面时，光子能量被吸收，使得半导体中的电子跃迁至导带，形成自由电子和空穴对。
在P-N结界面，自由电子和空穴相遇时，产生电场，从而产生电流。
太阳能电池的输出电压与太阳辐射强度成正比，输出电流与太阳辐射强度的平方成正比。
三、3.1 实验设备与材料1. 太阳能电池模块：用于接收太阳光并产生电流。
2. 数字万用表：用于测量电流和电压。
3. 短路开关：用于保护电路。
4. 直流电源：用于给太阳能电池模块供电。
5. 光纤激光器：用于产生单色光束。
6. 光谱仪：用于测量光强和光谱。
7. 数据处理软件：用于记录和分析实验数据。
四、3.2 实验步骤与方法1. 将太阳能电池模块安装在光源和数字万用表之间，确保模块表面与光源平行。
2. 用短路开关连接太阳能电池模块的正负极。
3. 用直流电源给太阳能电池模块供电。
4. 用光纤激光器产生单色光束，使其经过一个分束镜后分为两束光线。
5. 其中一束光线经过一个透镜后聚焦在太阳能电池模块上，另一束光线经过一个偏振片后得到一个具有一定相干度的光束。
6. 将光谱仪放置在聚焦后的光线附近，测量光强和光谱分布。
7. 用数据处理软件记录实验数据，并进行分析。
五、实验结果与分析通过本次实验，我们得到了太阳能电池模块的输出电流和电压数据。
我们还观察到了太阳光在经过分束镜、透镜和偏振片后的光谱分布情况。
根据实验数据和光谱分析结果，我们得出了太阳能电池的光电转换效率以及其随太阳辐射强度变化的关系。
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太阳电池基本特性测试仪的原理及其应用 “2009 年增刊《福建师范大学福清分校学报》总第 96 期ＪＯ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ ＦＵ Ｑ ＩＮ Ｇ ＢＲ Ａ Ｎ ＣＨ Ｏ Ｆ ＦＵ ＪＩＡ Ｎ Ｎ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｌ Ｕ Ｎ ＩＶ ＥＲ ＳＩＴＹSum No.96＊刘银春，陈雄，魏芬，何志敏(福建农林大学机电工程学院，福建福州350002)摘要：介绍太阳电池的物理原理，表征太阳电池特性的物理参数，阐述了大学物理实验中的太阳电池 特性测试仪的结构原理及其实验内容和测试的方法、测试内容，并对实验进行分析总结。
关键词：太阳电池；大学物理实验；光功率计1 中图分类号：TM914.4引言文献标志码：A 文章编号：1008-3421（2009）07-0050-05太阳能是一种可再生的清洁、绿色”能源。
目前世界 各国都高度重视太阳能的开发和应用。
太阳电池是利用 光伏效应将其所吸收的光子能量转换为电能得器件，也 称光伏电池。
太阳电池是太阳能开发和利用的主要方向 之一。
光伏产业是一个朝阳产业。
我国已成为世界太阳电 池的生产大国，但还不是强国，要实现强国之梦，人才是 关键，教育是基础。
因此，在大学物理实验中开设太阳电 池基本特性测量实验，有重要的现实意义。
图 １ 典型晶体硅太阳电池的结构图2 太阳电池的物理原理太阳电池是利用半导体材料的内光电效应把光能转 变为电能的器件。
图 1 是典型的晶体硅太阳电池的结构 图[1]。
由图可见，太阳电池是一个半导体异质结，在没有光 照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其通过电 流 I 与正向偏压 U 的关系式为：I=I 0(e BU -1)(1)图 ２ 光伏效应原理图式中，I 0 和 β 是常数。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为 E g =E C －E V 的半导体构成，如图 2 所示。
E C 为半导体导 电带，E V 为半导体价电带。
当入射光子能量大于能隙 E g 时，光子会被半导体吸收，产生电子-空穴对，也称光生载流子。
由 于热运动电子-空穴对会向各个方向迁移。
光生电子-空穴对在空间电荷区中产生后，立即被内建 电场分离，光生电子被推向 N 区，光生空穴被推进 P 区。
在空间电荷区边界处总的载流子浓度近似 为 0.在 N 区，光生电子-空穴产生后，光生空穴便向 P-N 结边界扩散，一旦到达 P-N 结边界，便立 即受到内建电场的作用，在电场力作用下作漂移运动，越过空间电荷区进入 P 区，而光生电子（多 数载流子）则被留在 N 区。
同理，P 区中的光生电子也会向会 P-N 结边界扩散，并在到达 P-N 结边收稿日期：2009-10-19作者简介：刘银春（1954－），男，福建南平人，教授，硕士生导师。
* 基金项目：福建省教育厅《福建省大学物理实验教学示范中心》建设项目（2008）刘银春，陈雄，魏 芬，何志敏:太阳电池基本特性测试仪的原理及其应用51界后，同样会受到内建电场的作用，在电场力作用下作漂移运动，进入 N 区,而光生空穴（多数载 流子）则被留在 P 区。
于是在 P-N 结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场方向相反的光 生电场。
这个电场除了一部分抵消内建电场以外，还使 P 型层带正电，N 型层带负电，从而产生了 光生电动势，这种现象称为光生伏特效应（简称 光伏）。
只要在两个电极间加上负载，回路就有电 流通过。
3 太阳电池特性的物理参数假设太阳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：IR s +U-(I ph -I d -I)R sh =0图 ３ 太阳能电池等效电路图（2）式（2）中，I 为太阳能电池的输出电流，U 为输出电压。
由式（1）可得，I(1+ Rs )=I ph - R s -I dR sh R sh（3）3.1短路电流假定 R sh =∞ 和 R s =0，太阳能电池可简化为图 4 所示电路。
由式（2）得：I=I ph -I d =I ph -I o (e BU -1)（4）在短路时，U ＝0，由式（4）得 I ph -I sc 。
我们把太阳电池在端电压为 0 时的电流称为 短路电流，通常用 I sc 表示。
它是伏安特性曲线与纵 坐标的交点所对应的电流。
短路电流 I sc 与太阳电 图 ４ 太阳能电池简化电路池的面积大小有关，面积越大，I sc 越大，一般 1cm2的单晶硅太阳电池 I sc =16~30mA 。
短路电流 I sc 是描述太阳电池特性的重要指标之一。
3.2 开路电压我们把太阳电池在空载（开路）情况下的端电压，称为开路电压，通常用 U oc 表示。
它是伏安特性 曲线与横坐标的交点对应的电压，是描述太阳电池特性的另一重要指标。
在开路时，I ＝0，由式（4）解 得：U oc = 1 1n[I sc +1]β I o（5） 式中 I o 、β 是常数。
开路电压 U oc 与太阳电池的面积大小无关，一般太阳电池的开路电压约为 U oc ≈ mV ，最高可达 700mV 。
3.3 填充因子填充因子是表征太阳电池性能优劣的一个重要参数。
通常把太阳电池的最大功率与开路电压 和短路电流的乘积之比，称为填充因子，用 FF （或 CF ）表示[2]，即 FF= I m U mI sc U oc其中 I sc U oc 为极限输出功率,I m U m 为最大功率[1],即（6）β（ （ （ β（ （ （ 52福建师范大学福清分校学报2009 年 12 月P m =I m U m ≈I ph Uoc-1 1n(1+βU m )- 1 β ββ（7）由式（4）、5）、6）、7）可得3.4转换效率FF= I m U m =1- 1I sc U oc βU oc1n(1+βU m )+1 β （8）太阳电池接受光照的最大功率与入射到该电池上的全部辐射功率的百分比称为太阳电池的转换效率[3]，即η= I m U m A t P in(9) 式中 A t 是指包括栅线面积在内的太阳电池总面积（也称全面积），P in 为单位面积入射光的功率。
有 时也用活性面积 A a 取代 A t ，即从总面积中扣除栅线所占的面积，这样计算出来的转换效率会高一 些。
4 测量太阳电池特性的仪器构成测试太阳电池的特性一般要用太阳能模拟器，I-V 特性测试仪等设备，可以直接获得短路电 流、开路电压、填充因子等重要参数，设备昂贵，不适合用于本科教学。
太阳电池特性实验仪是针对 本科实验教学需要设计的仪器，它主要由①光具座及滑块座、②白光源、③太阳能电池、④光功率 计探头、⑤光功率计（本实验采用液晶电光效应试验仪中的光功率计）组成，如图 5 所示。
辅助仪器 有电压表和电流表、电阻箱、导线若干等。
在图 5 中，其中⑥为电压源输出显示器、⑦为光功率计显 示器。
图 ５ 太阳电池特性测试实验装置5实验原理根据式（5）、6）、7）、8）和太阳电池特性试验仪的结构特点，其实验原理分别是：(1)在没有光源（全黑）的条件下，太阳能电池主要结构为一个二极管，可通过加正向偏压的方 法，测量太阳电池的 I －U 特性，利用测得的 I －U 关系数据，画出 I －U 曲线，求出得常数 β 和 I 0 的值, 由此可得电流与电压关系的经验公式。
(2)在不加偏压时，用白色光源照射，测量太阳电池在光照时的输出伏安特性，作伏安特性曲线 图，由图求得它的短路电流 I sc 、开路电压 U oc 、最大输出功率 P m 及填充因子 FF 。
（3）测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流 Isc 和相对光强度 T 之间关系，画出 Isc 与相T 0对光强 T 之间的关系图；测量开路电压 U oc 和相对光强度 T 之间的关系，画出 U oc 与相对光强 TT 0 T 0 T 0之间的关系图。
6实验方法刘银春，陈雄，魏 芬，何志敏:太阳电池基本特性测试仪的原理及其应用图 6 I-V 特性测试电路53（1）在全暗的情况下，测量太阳能电池加正向偏压时流过太阳能电池的电流 I 和太阳能电池的 输出电压 U 。
在 R=1000Ω，正向偏压从 0-3V 条件下，按图 6 所示测量电路进行测量，根据所获得 数据，由式（1）可知，当 U 比较大时，e βU >>1，即 1nI=βU+1nI 0，由最小二乘法求出 β，I 0 和相关系数 r 。
（2）用白光源照太阳电池，不加偏压，为防止散射光的干扰，将太阳电池置于遮光罩内，保持白 光源到太阳能电池距离 20cm ，按图 7 所示的测量电路，改变电阻，测量太阳能电池在不同负载电阻 下的输出电流 I 和太阳能电池的输出电压 U ，根据所获得数据,画出 I －U 曲线图,用外推法求短路电 流 I sc 和开路电压U oc 。
图 ７ 恒定光照下测试太阳电池输出特性电路由于 P=IU,可用作图法画出 P —R 曲线，求出太阳能电池的最大输出功率及最大输出功率时负 载电阻。
根据式（8）计算填充因子。
（3）用光功率计测出白光源到太阳能电池的距离分别为 20cm ，22cm ，24cm ，26cm ，28cm ，30cm 处的光照强度，并把白光源 20cm 水平距离光强作为标准光照强度 T 0；用万用表测出对应位置的 和。
用作图法分别求出 I sc 和 U oc 与相对光强 T 之间近似关系函数。
T 07 实验结果与结论为了验证根据上述要求采用单晶硅太阳电池进行实验的准确性，我们用同一太阳电池在太阳 能模拟器下方的同一位置,分别采用太阳电池特性测试仪的方法与 Keithley 公司生产的 I-V 特性测试系统进行测量，所获得的 I-V 曲线和功率曲线如图 8 所示，太阳电池特性的相关物理参数 如表 1。
由图 8 和表 1 可知两种方法测试的结果相当接近。
说明用太阳电池测试仪做实验所获结果 的正确性比较高。
54 福建师范大学福清分校学报图８在恒定光照下两种不同测量方法获得的曲线比较表 1-20两种仪器测试结果的比较2009 年12 月Ｉｓｃ（ｍＡ）仪器名称太阳电池特性测试仪ＫｅｉｔｈｌｅｙＩ－Ｖ测试系统Ｉｓｃ（ｍＡ）１８．１７１８．７０Ｕｏｃ（Ｖ）４．３７４．３６Ｕｍｐ（Ｖ）２．１２２．３５Ｉｍｐ（ｍＡ）１０．６６１０．１３ＦＦ（％）２８．４６１２９．１７１η（％）２．８２５２．９７３由此我们可以得出结论：太阳电池特性测试仪用于大学物理实验是比较合适的，它不仅价格便宜而且还具有器件设计简单，结构合理，操作方便等特点，有利于学生理解相关的物理概念，有利于培养学生动手能力和观察思考能力，同时可做部分拓展性的实验内容。