不同光照强度下太阳能电池的伏安特性
太阳能电池伏安特性研究物理实验报告
请认真填写
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
请认真填写
请在两周内完成，交教师批阅
附件：（实验曲线请附在本页）。
太阳能电池伏安特性wppt综述
输出电压V (V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 …
输出电流I(A) 输出功率P0(W)
输出电压V (V) 输出电流I(A) 输出功率P0(W) 输出电压V (V) 输出电流I(A) 输出功率P0(W) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 … 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 …
注意事项
在预热光源的时候，需用遮光罩罩住太阳
能电池 。 光源工作及关闭约1 小时期间，温度很高， 请勿触摸。
思考题
太阳能电池的工作原理是什么？
以电压作横坐标，电流作纵坐标画
伏安特性曲线，原理图如下。
可 调 电 压 源
50 Ω V
+
－
太 阳 能 电 池
A
伏安特性测量接线原理图
表1 太阳能电池暗伏安特性测定
电压（V） 单晶硅 －8 －7 电流（mA） 多晶硅 非晶硅
0 0.3 0.6
3.9
开路电压、短路电流与光强关系的测量
打开光源开关，预热5分钟。 打开遮光罩。将光强探头装在太阳能电池板位置，探头输出线
连接至太阳能电池特性测试仪的“光强输入”接口上。测试仪 设置为“光强测量”。由近及远移动支架，测量距光源一定距 离的光强I，测量值记入表2中。 将光强探头换成单晶硅太阳能电池，测试仪设置为“电压表” 状态。按测量光强时对应的距离值，记录开路电压。测试仪设 置为“电流表”状态，记录短路电流。 将单晶硅太阳能电池换成多单晶硅太阳能电池，重复测量。 将多晶硅太阳能电池换成非单晶硅太阳能电池，重复测量。 画出三种太阳能电池的开路电压、短路电流与光强关系曲线。
太阳能电池的光照特性及实验估测
太阳能电池的光照特性及实验估测人教版高中物理第二册必修和选修课本都在“闭合电路欧姆定律”一节选用了有关太阳能电池的习题。
许多学生套用干电池电动势和内电阻可视为定值的“约定”，误以为太阳能电池也该如此。
究竟太阳能电池有怎样的特征?笔者探讨如下，仅供参考。
一、太阳能电池简介太阳能电池是光电池的一种，它是直接利用光能产生电能的器件。
太阳能电池通常用硒、砷化镓、硅等多种材料制成，耳前用得最广的是硅材料制成的硅光电池(目前各种资料给出的多为此种电池的参数)。
实质上，硅光电池就是一个大面积的P-N结，其原理、光谱响应特性与光电二极管相同。
早期的硅光电池原材料为单晶硅，大多是用坩锅法拉制出来的，成品率不很高，又要经过掐头去尾、切片、研磨等加工工序，材料损失很大，故造价较高。
这种单晶硅太阳能电池的结构如图1所示，是在N型硅片上扩散硼而形成P型层(或在P型硅单晶片上扩散N型杂质制成)。
为减少表面对光的反射，在其表面形成了由SiQ2制成的保护膜，并引出正、负电极，形成光电池。
由于硅太阳能电池对所用的硅材料的要求不象晶体管、可控硅器件、集成电路那样严格(即要求杂质及位错少)，所以近几年已经采用多晶硅直接制造太阳能电池(多晶硅又名非晶硅)。
图2为采用氢化非晶硅为基底材料的非晶硅太阳能电池的结构图，它以玻璃材料(及多种廉价材料)作衬底，所以可根据用途切割成不同的大小形状，使用起来非常方便。
这种非晶硅太阳能电池不仅工艺成本低，而且光吸收系数比单晶硅太阳能电池大一个数量级，因此只需要1μm厚的薄层就能有效地吸收阳光(单晶硅太阳能电池则需要25μm以上厚度)。
因此，其造价约为单晶硅太阳能电池的50%，这样类型的太阳能电池在各方面得到更广泛的应用。
太阳能电池主要用作电源。
它特别适用于人造卫星、宇宙飞船(从某种意义上说，太阳能电池的寿命决定了它们的工作寿命)；另外，也适用于无人值守的灯塔、航标灯、山顶电视中继站、气象观测站等用途，也适用于边远农村、牧区、哨卡等野外工作照明用电及生活用电、沙漠地区灌溉用电等。
第2章 光伏电池与光伏阵列
2021/4/11
济南大学物理学院
13
2.4 光伏电池的转换效率及其影响因素
2.4.1 光伏电池的转换效率
光伏电池的转换效率是光伏电池的输出功率P与
投射到电池表面上的全部光功率Pin之比。其值取 决于工作点，通常采用效率的最大值作为光伏电
池的效率。
Um Im UmIm 100 %
Pin
SAall
2021/4/11
济南大学物理学院
5
其中：
qE
IVD I D0 (e AKT 1)
式中，q为电子电荷，1.6×10-19C；K为玻尔兹曼常 数，1.38×10-23J/K；A为常数因子（正偏电压大时 A值为1，正偏电压小时为2），E电池电动势。
I DO为光伏电池无光照时的饱和电流
Is
IV
D
R
I
s
济南大学物理学院
15
二、 光照特性
温度不变，光伏电池在不同 日照强度下的输出特性曲线
温度不变，光伏电池在不 同日照强度下的功率曲线
2021/4/11
济南大学物理学院
16
三、 温度特性
照度不变，光伏电池在不 同温度下的输出特性曲线
太阳能电池特性实验仪实验报告(综合)
太阳能电池特性研究实验数据记录报告
表1 三种太阳能电池的暗伏安特性测量
以电压作横坐标，电流作纵坐标，根据表1画出三种太阳能电池的伏安特性曲线。
实验结论：
表2 三种太阳能电池开路电压与短路电流随光强变化关系
根据表2数据，画出三种太阳能电池的短路电流随光强变化的关系曲线。
实验结论：
指导教师：（签字）
2014年月日
表3 三种太阳能电池输出特性实验 D=20cm 光强I= W/m2S=2.5×10-3m2Pin=I×S= mW
根据表3数据作3种太阳能电池的输出伏安特性曲线及功率曲线。
找出最大功率点，对应的电阻值即为最佳匹配负载。
根据表3数据和图4可以得出三种太阳能电池的最佳匹配负载分别为：
单晶硅：Ω，多晶硅：Ω，非晶硅：Ω
根据表3中数据计算三种太阳能电池的填充因子：
表4 三种太阳能电池的填充因子
计算转换效率：
表5 三种太阳能电池的转换效率表
实验结论：。
指导教师：（签字） 2014年月日。
【2021年整理】太阳能电池伏安特性
精品课件，可编辑，欢迎下载，
13
2021最新整理
太阳能电池伏安特性影响因素
（1）辐照度影响
不同辐照强度太阳电池的J-V曲线
精品课件，可编辑，欢迎下载，
14
2021最新整理
（2）温度的影响
太阳能电池的效率随温度的升高而下降，主要原因是电池的开 路电压随温度的升高而下降，电池的短路电流对温度不敏感， 且随温度升高略有上升
6
2021最新整理
太阳能电池
1）短路状态
当R 0时，即太阳能电池处于短路情况下，
此时V 0，J J sc
2）断路状态
当R 时，即太阳能电池出于断路情况下，此时J 0
pn结两端的电压即为开路电压Voc，Voc
kBT q
ln (1
J sc J0
)
3）外接负载，正常工作状态
精品课件，可编辑，欢迎下载，
并联，光生电流Jsc分流
到二极管上的电流即为
Jdark,对外输出电流为J
精品课件，可编辑，欢迎下载，
5
2021最新整理
理想太阳能电池的伏安特性方程
qV
J Jsc Jdark Jsc J 0(e kBT 1)
J0
q Dh ni2 Lh Nd
q De ni2 Le Na
精品课件，可编辑，欢迎下载，
精品课件，可编辑，欢迎下载，
15
2021最新整理
精品课件，可编辑，欢迎下载，
3
2021最新整理
pn结基本结构
精品课件，可编辑，欢迎下载，
4
2021最新整理
理想太阳能电池的等效电路图
太阳能电池等效电路公式n和复合情况
太阳能电池是一种能够将太阳光转化为电能的装置。
它是一种利用光生电学效应来实现能量转换的装置，通过使光子激发半导体材料中的自由电子，从而产生电流。
在太阳能电池中，光生电子的浓度和速率是影响电流输出的重要因素。
本文将对太阳能电池等效电路的公式和复合情况进行探讨。
一、太阳能电池等效电路公式1. 太阳能电池的等效电路模型在分析太阳能电池时，可以将其等效为一个电流源和一个二极管的串联电路。
该电路模型可以方便地用来分析太阳能电池的电流输出特性。
2. 太阳能电池的伏安特性方程太阳能电池的伏安特性方程描述了太阳能电池的输出电流与输出电压之间的关系。
通过对太阳能电池进行伏安特性测量，可以得到其伏安特性曲线，从而了解太阳能电池在不同光照条件下的输出特性。
3. 太阳能电池的等效电路公式太阳能电池的等效电路可以用电流源和电阻串联的等效电路来描述。
其等效电路公式可以表示为I = Iph - I0*(exp(qV/(nkT))-1)，其中Iph为光生电流，I0为饱和电流，q为元电荷，V为太阳能电池的输出电压，n为短路电流与开路电压的比值，k为玻尔兹曼常数，T为温度。
4. 太阳能电池的光生电流和饱和电流的计算光生电流和饱和电流是太阳能电池的重要参数，它们决定了太阳能电池的输出特性。
光生电流可以通过太阳能辐射度和太阳能电池的面积来计算，而饱和电流可以通过太阳能电池的材料参数和温度来计算。
二、太阳能电池的复合情况1. 太阳能电池的光生电流与电压的关系太阳能电池的光生电流与光照强度之间存在着线性关系。
光照强度越大，光生电流也越大。
而太阳能电池的输出电压与光照强度之间存在着非线性关系，输出电压随光照强度增大而增大，但增速逐渐减小。
2. 太阳能电池的温度特性太阳能电池的温度会对其输出特性产生影响。
一般来说，随着温度的升高，太阳能电池的输出电压会下降，而输出电流会增大。
这是因为温度升高会使太阳能电池的开路电压下降，但光生电流会增大。
3. 太阳能电池的光照衰减效应在实际应用中，太阳能电池往往会受到光照衰减效应的影响。
物理实验太阳能电池特性测定原理
【实验原理】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化为电能。
在没有光照时在没有光照时, , 可将太阳能电池视为一个二极管可将太阳能电池视为一个二极管,,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为÷÷øöççèæ-=10nKT qUe I I (1)其中0I 是二极管的反向饱和电流是二极管的反向饱和电流,,n 是理想二极管参数是理想二极管参数,,理论值为1。
K 是玻尔兹曼常量是玻尔兹曼常量,,q 为电子的电荷量为电子的电荷量,,T 为热力学温度。
（可令nKTq=b ）由半导体理论知由半导体理论知,,二极管主要是由如图所示的能隙为V C E E -的半导体所构成。
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，光子被半导体所吸收，并产生电子收，并产生电子--空穴对。
电子电子--空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。
光电流示意图太阳能电池的基本技术参数除短路电流SCI 和开路电压OCU 外, 还有最大输出功率m axP 和填充因子FF 。
最大输出功率m axP 也就是IU 的最大值。
填充因子FF 定义为OCSC U I PFF max=(2)FF 是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。
FF 值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。
【实验内容及步骤】1.1.在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的U I -特性（直流偏压从V 0.30-）（1）设计测量电路图，并连接。
图1（2）利用测得的正向偏压时U I -关系数据，画出U I -曲线并求出常数nKTq=b 和0I的值。
2.2.在不加偏压时，在不加偏压时，在不加偏压时，用白色光照射，用白色光照射，测量太阳能电池一些特性。
测量太阳能电池一些特性。
注意此时光源到太阳能电池距注意此时光源到太阳能电池距离保持为cm20（1）设计测量电路图，并连接。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、太阳能电池在不同光照强度下的伏安特性
1.实验目的
通过实验，了解并掌握光照强度对太阳能电池的影响。
2.实验设备
光伏太阳能电池特性实验箱。
3.实验原理及内容
实验装置原理框图如图所示
负载伏安特性测试
按照图所示设计测量电路图，并连接电路。
连接图如下：如图一所示，选取组件2的端口103，连接电流表的正极105，电流表负极106和电阻箱上红色接线柱连接，电阻箱负极的黑色接线柱和组件2的端口104连接，电压表正极107和组件2端子103连接，电压表负极108和组件2端子104连接，这样即连接完成。
光源的发光方向对着太阳能电池组件，打开白色电源，等光源发光亮度稳定后开始测量。
将太阳能光伏组件，电压表，电流表，负载电阻按照连接成回路，改变电阻阻值，用万用表分别测量的电阻阻值，使阻值由小到大变化。
测量流经电阻的电流I和电阻上的电压V，即可得到该光伏组件的伏安特性曲线。
测量过程中辐射光源与光伏组件的距离要保持不变，辐照面积与角度不变化，以保证整个测量过程是在相同条件下进行的。
白色光源的亮度，可根据照度表显示数字调节。
4.结论：
不同光照强度下充电电压和充电电流均不相同，中午的充电效果最好，早上和晚上效果相对较差。