PN结太阳能电池光生伏特效应光谱特性及太阳能电池综合参数测试剖析
太阳能光伏电池检验测试结果与分析
由此可见随着温度升高，反向饱和电流随着指数因子 迅速增大。且带隙越宽的半导体材料，这种变化越剧烈。
半导体材料禁带宽度是温度的函数 ，其中 为绝对零度时候的带隙宽度。设有 ，Vg0是绝对零度时导带底和价带顶的电势差。由此可以得到含有温度参数的正向电流电压关系为：
显然正向电流在确定外加电压下也是随着温度升高而增大的。
1、光源与太阳能电池部分
采用高压氙灯光源，高压氙灯具有与太阳光相近的光谱分布特征。光源标称功率750W。
2、光路部分
本设备光路简洁，有光源、滤色片、光强探测器构成。滤色片用于研究近似单色光作用下太阳能的光谱响应特性。光强探测器标定入射光强度。
3、外电路
外电路包括光源驱动电路、温度控制电路和测试分析电路三部分。光源驱动电路用于氙灯的点燃和轴流风冷。温控电路用于太阳能电池片的温度控制，加热采用电阻丝加热，冷却采用两级半导体冷堆方式。可在60℃~150℃范围内对样品进行特性测量。测试分析电路提供测试分析仪表的工作电压。
2、太阳能电池无光照情况下的电流电压关系－（暗特性）
太阳能电池是依据光生伏特效应把太阳能或者光能转化为电能的半导体器件。如果没有光照，太阳能电池等价于一个pn结。通常把无光照情况下太阳能电池的电流电压特性叫做暗特性。简单的处理方式是把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：
实验五太阳能电池综合特性研究
学号：年级专业：姓名：实验五太阳能电池综合特性研究一、实验目的1.了解太阳能电池的工作原理；2.测量太阳能电池的输出特性；3.观测从光能到电能的能量转换过程。
二、实验原理太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。
所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。
当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。
当光照射到pn结上时，产生电子--空穴对，在半导体内部P-N结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n 区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。
它们在p-n结附近形成与势垒方向相反的光生电场。
光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，N区带负电，在N区和P 区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。
当把能量加到纯硅中时（比如以热的形式），它会导致几个电子脱离其共价键并离开原子。
每有一个电子离开，就会留下一个空穴。
然后，这些电子会在晶格周围四处游荡，寻找另一个空穴来安身。
这些电子被称为自由载流子，它们可以运载电流。
将纯硅与磷原子混合起来，只需很少的能量即可使磷原子(最外层五个电子)的某个“多余”的电子逸出，当利用磷原子掺杂时，得到的硅被成为N型（“n”表示负电），太阳能电池只有一部分是N型。
另一部分硅掺杂的是硼，硼的最外电子层只有三个而不是四个电子，这样可得到P型硅。
P型硅中没有自由电子。
三、实验仪器本实验采用金属卤灯作为光源，能够保证光照稳定，且这种光源的光谱很接近太阳光谱，俗称“小太阳”。
在此光源最近距离照射下，太阳能电池板输出开路电压为3.2V左右，短路电流500~600mA。
实验采用的测试仪拥有三个区域，区域1是电流表部分，包含两个档位，2A档和200mA 档；两个测量通道；都可以通过档位切换开关进行选择。
区域2是电压表部分，具有20V档和2V档，可通过电压档位切换开关选择合适的档位。
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。
第三章 太阳能电池原理
开路电压VOC： VOC kT ln( IL 1)
q
IS
填充因子 F Pmp IscVoc
光电转换效率
Pmp FVocIsc
Pi
Pi
Pmp是最大输出功率， Pi是输入功率
当入射太阳光谱AM0或AM1.5确定以后，其值就取决 于开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子F的最大值。
3、入射光光谱：一般是标准化的AM1.5光源 4、太阳能电池的光学性能：电池的吸收和反射 5、载流子收集的可能性：主要取决于电池表面的钝化及电
池中的少子寿命
qV
I IL - IF IL - Is(e kT 1)
V kT ln( IL - I 1)
q
IS
当pn结开路（open circuit ）时即R趋于无穷大，得到
光谱响应度（SR） 太阳能电池的光谱响应度：单位光功率所产生的电流强度
SR Isc I L qne q EQE q(1 R) IQE
Pin ()
Pin ()
hc
n ph
hc
hc
EQE：外部量子效率（没有特殊说明时就是量子效率） IQE：内部量子效率
理想情况下，光谱响应度（λ≤ λg）与波长成正比。 实际情况并不成线性关系：波长较长时，电池对光的吸收弱，导致
带有电阻负载的pn结太阳能电池示意图
零偏下光电池工作 电流
光生电流IL 光生电压下的正向电流IF
qV
流经负载的电流 I IL - IF IL - Is(e kT 1)
太阳能电池的重要参数： 短路电流ISC；开路电压VOC；填充因子F；光电转换效率η
qV
I IL - IF IL - Is(e kT 1)
太阳能电池特性测试实验报告
太阳电池特性测试实验太阳能是人类一种最重要可再生能源，地球上几乎所有能源如: 生物质能、风能、水能等都来自太阳能。
利用太阳能发电方式有两种：一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。
其中，光—电直接转换方式是利用半导体器件的光伏效应进行光电转换的，称为太阳能光伏技术，而光—电转换的基本装置就是太阳电池。
太阳电池根据所用材料的不同可分为：硅太阳电池、多元化合物薄膜太阳电池、聚合物多层修饰电极型太阳电池、纳米晶太阳电池、有机太阳电池。
其中，硅太阳电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池、多晶硅薄膜太阳电池和非晶硅薄膜太阳电池三种。
单晶硅太阳电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但单晶硅成本价格高。
多晶硅薄膜太阳电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池。
非晶硅薄膜太阳电池成本低，重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力，但稳定性不高，直接影响了实际应用。
太阳电池的应用很广，已从军事、航天领域进入了工业、商业、农业、 通信、家电以及公用设施等部门，尤其是在分散的边远地区、高山、沙漠、海岛和农村等得到广泛使用。
目前，中国已成为全球主要的太阳电池生产国，主要分布在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。
一、 实验目的1． 熟悉太阳电池的工作原理； 2． 太阳电池光电特性测量。
二、 实验原理（1） 太阳电池板结构以硅太阳电池为例：结构示意图如图1。
硅太阳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，背面也制作金属膜作为接触电极，这样就形成了太阳电池板。
为了减小光的反射损失，一般在表面覆盖一层减反射膜。
（2） 光伏效应当光照射到半导体PN 结上时，半导体PN 结吸收光能后，两端产生电动势，这种现象称为光生伏特效应。
由于P-N结耗尽区存在着较强的图1 太阳能电池板结构示意图内建静电场，因而产生在耗尽区中的电子和空穴，在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离开耗尽区，结果使P 区电势升高，N 区电势降低，P-N 结两端形成光生电动势，这就是P-N 结的光生伏特效应。
太阳能光伏电池测试及分析
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y近代光学创新实验实验名称：太阳能光伏电池测试与分析院系：专业：姓名：学号：指导教师：实验时间：哈尔滨工业大学一、实验目的1、了解pn结基本结构和工作原理；2、了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理；3、掌握pn结的IV特性及IV特性对温度的依赖关系；4、掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，理解光源强度、波长、环境温度等因素对太阳能电池特性的影响；5、通过分析PN结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法，分析实验数据与理论结果间存在差异的原因。
二、实验原理1、光生伏特效应半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。
半导体材料具有负的带电阻温度系数。
从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。
通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。
基于半导体材料电子器件的核心结构通常是pn结，pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域，太阳能电池本质上就是pn结。
常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结，如图1所示，它的工作原理的核心是光生伏特效应。
光生伏特效应是半导体材料的一种通性。
当光照射到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，在半导体材料内部会产生电动势。
如果构成适当的回路就会产生电流。
这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。
非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。
pn结是典型的一个例子。
N型半导体材料和p型半导体材料接触形成pn结。
pn结根据制备方法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。
PN结光生伏特效应
PN结光生伏特效应
PN结光生伏特效应指的是在光照射到近表层的PN结时，将在其上产生电动势的现象。
利用这一效应可以制成光敏二级管、光敏晶体管、光电池等器件。
光生伏特效应与光电效应密切相关，且同属内光电效应。
在光电效应中，材料吸收了光子的能量产生了一些自由电子溢出表面。
而在光生伏特效应中，由于材料内部的不均匀(如PN结),在自建电场的作用下，受到激励的电子和失去电子的空穴向相反方向移动，而形成了正负两级。
太阳能电池发电的原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射直接转换为电能。
在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P型硅和N型硅对外部来说是电中性的。
如将P型硅或N型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出变化。
尽管通过光的能量电子从化学键中被释放，由此产生电子－空穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴“复合”。
当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。
这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。
N区的电子会扩散到P区，P 区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。
达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是P－N结。
至今为止，大多数太阳能电池厂家都是通过扩散工艺，在P型硅片上形成N 型区，在两个区交界就形成了一个个P-N结。
太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P－N结。
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
pn结光生伏特效应
pn结光生伏特效应PN结光生伏特效应光电效应是指当光照射到某些物质表面时，会产生电子的现象。
而PN结光生伏特效应是一种特殊的光电效应，它发生在PN结中。
PN结是由N型半导体和P型半导体连接而成的器件，其中N型半导体中的自由电子与P型半导体中的空穴发生复合，形成空间电荷区，也就是PN结。
PN结光生伏特效应的发生是由于光子的能量足够大，能够激发PN 结中的电子从价带跃迁到导带。
当光子的能量大于或等于PN结中的带隙能量时，电子将被激发到导带中，产生自由电子和空穴。
这些自由电子和空穴在PN结中会受到电场的作用分离，形成电流。
PN结光生伏特效应的具体过程如下：当入射光照射到PN结表面时，光子的能量会被传递给PN结中的电子。
如果光子的能量大于PN 结中的带隙能量，电子将被激发到导带中，并且形成自由电子和空穴。
由于PN结中存在电场，自由电子和空穴将被分离，并且在PN 结中产生电流。
这个电流称为光生电流，也就是PN结光生伏特效应。
PN结光生伏特效应的应用非常广泛。
一方面，它被应用于光电二极管中。
光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件，利用PN结光生伏特效应，当光照射到光电二极管表面时，会产生电流。
因此，光电二极管广泛应用于光通信、光电传感器等领域。
另一方面，PN结光生伏特效应还被应用于太阳能电池中。
太阳能电池是一种能够将太阳光转化为电能的器件，利用PN结光生伏特效应，当太阳光照射到太阳能电池表面时，会产生电流。
这种电流可以用来驱动电子器件或充电电池。
因此，太阳能电池成为了可再生能源中的重要组成部分。
除了在光电二极管和太阳能电池中的应用，PN结光生伏特效应还有其他一些应用。
例如，在光敏电阻中，光照射到光敏电阻表面时，PN结光生伏特效应会产生电流，从而改变电阻值。
这被应用于光控开关、光敏传感器等设备中。
PN结光生伏特效应是一种在PN结中发生的光电效应，当光照射到PN结表面时，光子的能量能够激发电子，形成自由电子和空穴，并产生光生电流。
PN结光生伏特效应光谱特性研究
池光谱的响应两大因素决定. 势垒区光产生非子电流(54-6.
记录选定狭缝下的波长及Jsc。
(光6.谱响应范围:400-1独000n立m. 于太阳光谱外的电池光谱响应,是电池自身 所有影响光生非子产生和收集的诸因素的概括.这些 等量子光谱响应 ，等能量光谱响应
jq Qd Isc与光强和光照面积成正比.
实验步骤
l
00
q
系统由光源,分光光度计,微安表组成. 由式6－15恒等变换可得到n/p电池背面复合速度Sn的显示表达式。
hc 光伏效应是太阳电池和多种光伏敏感器件的物理m 基础，测量光伏响应特性的方法有直流法和交流法。
j Qd (6.5-6.6) 等在能给量 定光波谱长响下应，：单单位位光能谱量带某宽一的波电长池l的光光电照流0 到由电三池部上分0所组产成生: 的光电流:
5 金属底电极(欧姆接 触),在其表面镀一层减反 膜可减少反射损失.
3
实验原理
二.光谱响应
半导体GaAs和Si对各种不同 波长λ的光的吸收系数α有如 图所示的分布.
势垒区两侧一个扩散长度范 围内光产生的电子-空穴对才 可以被电极收集，形成光电 流.如右图.
光谱响应范围:400-1000nm. 输出特性:Voc随光强增加很
1. 打开光源稳流稳压源(已选钨 灯。其他无需打开)。
2． 将太阳电池样品夹于暗室内， 处于光路中，外接微安表；让波 长（转动旋钮1）为500-600nm 的范围，使光斑正射于电池上。 若微安表指针反转，应及时换接 电极。（注：用电流表判断电池 极性）
3． 选择适当的狭缝宽度（实验 一般选）。一般短波段选较大狭 缝，长波段选较小 由狭缝、波长 值，查表并记录各单色光光能量 值。上机做数据处理 。
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研究生《电子技术综合实验》课程报告题目：PN 结太阳能电池光生伏特效应光谱特性及太阳能电池综合参数测试学号姓名专业指导教师院（系、所）年月日一、实验内容：测量电池光生伏特效应的光谱特性并分析影响光伏效应的种种因素。
测试AM1.5、稍小光强下的自制电池的I-V特性以及暗特性；完成实验并计算6个重要参数；并分析讨论实验现象。
二、实验仪器：分光光度计7520型、恒温样品台、I-V测试仪、函数记录仪三、太阳能电池材料及结构：1.太阳能电池材料种类太阳电池的材料种类繁多，可以有非晶硅、多晶硅、CdTe、CuInxGa（1-x）Se2等半导体的、或三五族、二六族的元素链结的材料等。
第一代太阳能电池发展最长久，技术也最成熟。
种类可分为单晶硅（Monocrystalline Silicon）、多晶硅（Polycrystalline Silicon）、非晶硅（Amorphous Silicon）。
以应用来说是以前两者单晶硅与多晶硅为大宗，也因应不同设计的需求需要用到不同材料（例：对光波长的吸收、成本、面积......等等）。
第二代薄膜太阳能电池以薄膜制程来制造电池，种类可分为碲化镉（Cadmium Telluride CdTe）、铜铟硒化物（Copper Indium Selenide CIS）、铜铟镓硒化物（Copper Indium Gallium Selenide CIGS）、砷化镓。
第三代电池与前代电池最大的不同是制程中导入有机物和纳米科技。
种类有光化学太阳能电池、染料光敏化太阳能电池、高分子太阳能电池、纳米结晶太阳能电池。
第四代则针对电池吸收光的薄膜做出多层结构。
某种电池制造技术，并非仅能制造一种类型的电池，例如在多晶硅制程，既可制造出硅晶版类型，也可以制造薄膜类型。
2.太阳能电池的基本结构光生伏特效应简称光伏效应，它是半导体PN结的基本光学性质之一。
光伏效应不仅存在于PN结中，而且还存在于所有含有内建电势的两种固体材料的界面中。
如金属-半导体接触的肖特基势垒也有此效应。
对于浅结二极管，当光线垂直于结面照射时，光子进入半导体内，能量大于半导体禁带宽度的光子因本征吸收而产生电子-空穴对（见图1c）。
势垒区外一个扩散长度内的光生少子受PN结内建电场的作用均被扫到对边，在n区和p区分别形成电子和空穴的积累，产生一光生电动势。
此光生电动势又给PN结以正向偏压，使PN结的势垒降低。
于是，在PN结内部，既有由n区流向p区的光生电流I L，又有与I L方向相反的正向电流I F。
在稳定光照下，开路的PN结内I L=I F，，形成稳定的光生电压V OC。
短路情况下，I F=0，光生电流I L 全部流经外电路。
这种由内建电场引起的光电效应称为光生伏特效应。
太阳电池就是这种效应最直接的应用。
太阳电池基本上就是一个大面积的PN结。
N+P太阳电池的基本结构如图1所示。
N+扩散层为顶区，P型硅衬底为基区，PN结两边的耗尽层为势垒区。
实验中使用的是一块面积2×2cm2的太阳能电池板，PN结中N+表面有一层减反膜，膜表面有一层栅型金属电极，P表面覆盖一层金属电极（形成欧姆接触）。
利用栅型电极增加光注入，减反射膜减少硅表面光反射损失。
由于太阳光在高能区(波长0.4至0.8微米范围内)存在强辐照，所以设计为浅结Pn结可提高电池高能光谱效应。
在这种结构下，太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n 结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。
图1 太阳能电池基本结构3.太阳能电池等效电路(a) (b)图2 (a)理想光电池等效电路(b)太阳能电池的实际等效电路图2(a)是利用PN结光生伏特效应做成的理想光电池的等效电路图，图中把光照下的p-n结看作一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流I L，R L为外负载。
这个等效电路的物理意义是：太阳能电池光照后产生一定的光电流I L，其中一部分用来抵消结电流Ij，另一部分即为供给负载的电流I R。
其端电压V、结电流I以及工作电流I的大小都与负载电阻R有关，但负载电阻并不是唯一的决定因素。
而实际的太阳能电池，由于前面和背面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，基区和顶层都不可避免的要引入附加电阻。
流经负载的电流，经过它们时，必然引起损耗。
在等效电路中，可将它们的总效果用一个串联电阻R S来表示。
由于电池边沿的漏电和制作金属化电极时，在电池的微裂纹、划痕等处形成的金属桥漏电等，使一部分本应通过负载的电流短路，这种作用的大小可用一并联电阻R SH来等效。
则实际的光电池的等效电路如图2(b)所示。
p-n结光生伏特效应最主要的应用是作为太阳能电池。
太阳辐射的光能有一个光谱分布，禁带宽度越窄的半导体，可以利用的光谱越广。
但是，禁带宽度E g太小的话相应能产生的光电动势又会比较小。
反之，E g大的半导体，虽然V OC可以提高，但可以利用的太阳光谱范围就会比较小。
也就是说，开路电压V oc 随E g的增大而增大，但另一方面，短路电流密度J SC随E g的增大而减小。
结果是可期望在某一个确定的g 处出现太阳能电池效率的峰值。
四、太阳能电池光谱响应半导体GaAs和Si对各种不同波长λ的光的吸收系数а有图3所示的分布。
而只有势垒区两侧一个扩散长度范围内光产生的电子-空穴对才可以被电极收集形成光电流，谱响应范围：400-1000nm。
输出特性：V oc随光强增加很快趋于饱和，与面积无关。
Isc与光强和光照面积成正比。
图3 半导体GaAs和Si对各种不同波长λ的光的吸收系数α太阳光谱中，不同波长的光具有的能量是不同的，所含的光子的数目也是不同的。
因此，太阳能电池接受光照射所产生的光子数目也就不同。
为反映太阳能电池的这一特性，引入了光谱响应这一参量。
太阳电池的光谱响应又分为等量子光谱响应和等能量光谱响应。
表示一定波长的入射光子所能产生并被收集的电子数为等量子光谱响应，。
表示单位能量某一波长的光照到电池上所产生的光电流强度为等能量光谱响应，。
这样我们得到光电流密度为: 其中I0(λ) 是阳光中波长为λ,带宽为dλ的入射光子数。
从以上两式可以得到电池光电流是由太阳光谱分布和电池光谱的响应两大因素决定的。
独立于太阳光谱外的电池光谱响应，是电池自身所有影响光生非子产生和收集的诸因素的概括。
这些因素的定量分析，必须依赖单色光电流的理论描述，通过连续性方程可求解。
在给定波长下，单位光谱带宽的电池光电流由三部分组成：N区少子空穴电流、P区少子电子电流、势垒区光产生非子电流。
从表达式中可以看到光电池单色光电流响应是其材料参数（禁带宽度，扩散系数，寿命，电阻率，吸收系数）。
五、负载I-V特性1.电池伏-安特性(a)电池的光特性和暗特性(b)补偿法测得的电池光特性图4 太阳能电池伏安特性曲线负载特性就是太阳电池在外接负载情况下的伏安特性。
它能全面反映电池的PN结特性及欧姆接触电阻等分布参数，是电池最主要的特性。
它的测量能给出电池最大输出功率、光电转换效率、电池串联电阻以及PN结的特性参数。
负载电流，其中，A是PN结质量因子；当R=0时，V=0，IF=0，得ISC=IL；当R=时，I=0，IF=IL=ISC，电池开路，此时得到开路电压2.补偿法原理负载特性测量有直接法和补偿法。
因直接法不能实现开路状态，也达不到短路效果，而补偿法能测得完整的负载特性曲线，且补偿法还有助于深入理解太阳电池的工作机理，还可以进行暗特性的测量，所以我们选择补偿法进行测量。
太阳电池在光照下的伏安特性称为光伏安特性，无光照时的伏安特性称为暗伏安特性，图4（a）给出了这两种伏安特性的曲线。
电池光伏安特性曲线是电池光生电流随电压变化的曲线。
因为光电流与正向电流方向相反，所以对光生电流而言，电流轴要反过来，如图4（b）所示。
补偿法是基于电池负载特性分析所引出的方法。
理想电池相当于一个电流为I L的恒流源与一只正向二极管的并联。
图5 直接法测电池负载特性(a)直接法电路图；(b)直接法测得负载特性图6 补偿法线路图补偿法的测试电路如图6所示,它实际上就是两个阻值相同的电阻r串联后与电位器的总电阻R’及稳压电源E并联，然后由电位器的滑动臂和两个电阻r的连接点引出一个支路，与电池、取样电阻(R)一起构成一个形如惠斯顿电桥的电路。
其电池、取样电阻支路就等同于惠斯顿电桥的检流计支路，所不同的是, 这个支路带有象征直流电源的光电池。
我们把图4中的电池和取样电阻支路断开后, 从a,b两个端点看进去（图中虚线部分），它是一个由线性元件构成的有源二端网络。
根据戴维南定理，它可以由一个等效电压源代替。
等效电压源的电动势等于有源二端网络的开路电压，其内阻等于电源E短路时的等效电阻。
当a处于中间位置时，V ab=0，电池取样电阻支路I=0，V=V OC；当V a>V b，电池支路正偏，I=I L-I F<0，I-V曲线进入第四象限；当V a<V b，电池支路反偏，I=I L-I F逐渐增大，当V ab的反向电压刚好等于取样电阻R上的电压时，PN结零偏。
I F=0，I= I F=I SC，称为短路电流；当V ab进一步变负，PN结负偏，I-V曲线进入第二象限。
所以，通过改变pn结偏压，能够测得完整的负载特性曲线，而且还可以进行暗特性的测量。
六、系统原理1.光谱响应系统原理电池的电流光谱响应测量系统由光源、分光光度计和微安表组成（如图7）。
分光光度计含有两种光源（钨灯和氘灯），它能提供波长从195nm到1000nm的单色光，并可根据需要切换氘灯和钨灯。
在钨灯光源下，不同波长、不同狭缝下的单色光能量，事先已用光能量计测量好，并且已制成表格供实验者用。
微安表用来读取电池单色光短路电流。
分光光度计中的单色仪是利用分光棱镜的色散作用，把复色光分解成单色光，通过波长鼓轮的旋转，带动分光棱镜转动，使经过分光所得到的一组色带在出射狭缝平面上移动。
对应于鼓轮一定的转角，便使得相应波长的那部分准单色光射出狭缝，落到太阳电池的表面，提供给测试者使用。
图7 直流法测量太阳能电池光谱响应系统简图2.太阳能电池测试系统补偿法的实验电路如图8所示。
这一电路是为全面测量电池的光、暗特性而设计的，同时为了比较，还附加了直接法测量电路。
所有这些特性曲线均可用记录仪记录。
其电压值由直流数字电压表读取，电流值由毫安表测得的短路电流ISC定标。
实验的主要设备有：a.样品台及温控系统b.测试控制仪c．模拟太阳光(钨灯)及稳压电流d．DC稳压电流及数字电压表e．函数记录仪（X接电压，Y接电流）。
图8 太阳电池I-V特性测试实验电路图实验过程中采用模拟太阳光，这里采用经0.3~0.5%硫酸铜水溶液滤去部分红外光的碘钨灯光源，其光谱曲线如图9所示。