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总结)

太阳能电池特性研究实验报告,急!!!!!!!!!

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太阳能电池特性研究实验报告思考题

1.一般需要再有效光照之上比如200W/㎡以上,光照强度和短路电流基本是成线性的, 2.太阳能电池当然可以短路,它跟普通电池的原理不一样,不是内部反应产生电能,只是把射入的光转化成电能的器件,可以理解为一个中间的转换装置.

太阳能电池基本特性测定总结

太阳能电池是利用半导体光生伏特效应( ( photovol2

taic effect) 做成的半导体器件,也是一种电离辐射效应的

应用。

太阳能电池( solar cell) 在太空中及地球上的应用均

非常广泛,他提供了人造卫星长时期的动力供应,并且是

地球能量来源的一个重要选择,因为他能以高转换效率将

日光直接转换成电能,能提供低成本而近乎永恒的动力,

且几乎没有污染[ 1 ,2 ] 。

1 　太阳能电池的极性

硅太阳能电池的一般制成p + / n 型结构或n + / p 型

结构,如图1 所示。

图1 　太阳能电池构形图

其中,第一个符号,即p + 和n + ,表示太阳能电池正面

光照层半导体材料的导电类型;第二个符号,即n 和p ,表

示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型。

太阳能电池的电性能与制造电池所用半导体材料的

特性有关。在太阳光或其他照射时,太阳能电池输出电压

的极性,p 型一侧电极为正,n 型一侧电极为负。

当太阳能电池作为电源与外电路连接时,太阳能电池

在正向状态下工作。当太阳能电池与其他电源联合使用

时,如果外电路的正极与电池的p 电极连接,负极与电池

的n 电极连接,则外电源向太阳能电池提供正向偏压;如

果外电源的正极与电池的n 电极连接,负极与p 电极连

接,则外电源向太阳能电池提供反向偏压。

2 　太阳电池的性能参数

(1) 开路电压

开路电压uoc ,即将太阳能电池置于100 mw/ cm2 的

光源照射下,在两端开路时,太阳能电池的输出电压值。

可用高内阻的直流毫伏计测量电池的开路电压。

(2) 短路电流

短路电流isc ,就是将太阳能电池置于标准光源的照

射下,在输出端短路时,流过太阳能电池两端的电流。测

量短路电流的方法,是用内阻小于1 ω的电流表接在太阳

能电池的两端。

(3) 最大输出功率

太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化

的,将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得

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《现代电子技术》2007 年第16 期总第255 期　　集成电路

到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值

能使输出电压和电流的乘积最大,即可获得最大输出功

率,用符号pm 表示。此时的工作电压和工作电流称为最

佳工作电压和最佳工作电流,分别用符号um 和im 表示,

pm = um im 。

(4) 填充因子

太阳能电池的另一个重要参数是填充因子ff ,他是

最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比:

ff =

uoc isc

um im

uoc isc

(1)

　　ff 是衡量太阳能电池输出特性的重要指标, 是代表

太阳能电池在带最佳负载时, 能输出的最大功率的特性,

其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。ff 的值始终

小于l 。ff 可由下列经验公式给出:

ff =

v oc – ln(v oc + 0. 72)

v oc + 1

(2)

　　式(2) 中v oc是归一化的开路电压,即uoc/ ( n kt/ q) 。

当v oc > 15 时,该公式的精度可达4 位有效数字[3 ] 。实际

上,由于受串联电阻和并联电阻的影响,实际太阳能电池

填充因子的值要低于上式所给出的理想值。

串、并联电阻对填充因子有较大影响,如图2 所示。

串联电阻越大,短路电流下降越多,填充因子也随之减少

的越多;并联电阻越小,这部分电流就越大,开路电压就下

降的越多,填充因子随之也下降的越多。

图2 　串并联电阻对填充因子的影响

(5) 转换效率

太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负

载电阻时的最大能量转换效率,等于太阳能电池的输出功

率与入射到太阳能电池表面的能量之比:

η=

ff ·uoc ·isc

(3)

地面用太阳能电池的测试标准为:大气质量为am 1. 5 时

的光谱分布(具体规定可参见有关我国国家标准和国际标

准) ,入射的太阳辐照度为1 000 w/ m2 ,温度为25 ℃。在

此条件下太阳能电池的输出功率定义为太阳能电池的峰

瓦数,用符号表示为w p (peak watt) 。

太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术

水平的重要参数,他与电池的结构、结特性、材料性质、工

作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。其中与

制造电池半导体材料禁带宽度的关系最为直接。首先,禁

带宽度直接影响最大光生电流即短路电流的大小。由于

太阳光中光子能量有大有小,只有那些能量比禁带宽度大

的光子才能在半导体中产生光生电子空穴对,从而形

成光生电流。所以,材料禁带宽度小,小于他的光子数量

就多,获得的短路电流就大;反之,禁带宽度大,大于他的

光子数量就少,获得的短路电流就小。但禁带宽度太小也

不合适,因为能量大于禁带宽度的光子在激发出电子- 空

穴对后剩余的能量转变为热能,从而降低了光子能量的利

用率。其次,禁带宽度又直接影响开路电压的大小。开路

电压的大小和p – n 结反向饱和电流的大小成反比。禁

带宽度越大,反向饱和电流越小,开路电压越高。

3 　太阳能电池的伏安特性

图3 是p – n 结太阳能电池的示意图。他包含一个

形成于表面的浅p – n 结、一个条状及指状的正面欧姆接

触、一个涵盖整个背部表面的背面欧姆接触以及一层在正

面的抗反射层。

图3 　硅p – n 结太阳能电池的示意图

当电池暴露于太阳光谱时,能量小于禁带宽度eg 的

光子对电池输出并无贡献。能量大于禁带宽度eg 的光子

才会对电池输出贡献能量eg , 大于eg 的能量则会以热的

形式消耗掉。因此,在太阳能电池的设计和制造过程中, 必

须考虑这部分热量对电池稳定性、寿命等的影响。

太阳能电池的能带、电路及等效电路如图4 所示。其

中, rl 为电池的外负载电阻。把太阳能电池接上负载, 负

载中便有电流流过, 该电流称为太阳能电池的工作电流,

也称负载电流或输出电流。负载两端的电压称为太阳能电

池的工作电压。

一个理想的太阳能电池,串联电阻rs 很小,而并联电

阻rsh 很大。由于rs 和rsh 是分别串联和并联在电路中的,

所以在进行理想的电路计算时,他们可以忽略不计。此时,

流过负载的电流为il 为:

il = i sc – i d (4)

　　采用单二极管模型,理想情况下太阳电池的电压- 电

流特性(伏- 安特性) 可以写为[ 4 ] :

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微电子技术袁　镇等:太阳能电池的基本特性

il = i sc – i0 equ/ a kt – 1 (5)

式(4) , (5) 中: id 为太阳电池的暗电流或漏电流,单位a ;

i0 为p – n 结的反向饱和暗电流,单位a ; q 为电子电荷,

单位c; k 为玻尔兹曼常数; t 为热力学温度, 单位k;

a 为常数因子(正偏电压大时a 值为1 ,正偏电压小时a

值为2) ; e 为自然对数的底。

图4 　太阳能电池的能带图、电路及等效带路

研究表明,决定i0 大小的关键参数是半导体材料的

禁带宽度eg ,以下的经验公式给出了i0 的低限[5 ] :

i0 ≥1. 5 ×105exp ( – eg/ kt) (6)

　　在短路状态下,u = 0 ,由式(5) 可得到:

il = isc (7)

　　在开路状态下,且il = 0 时, 电压u 即为uoc , 用式(8)

表示:

uoc =

a k t

isc

+ 1 (8)

　　式(8) 是开路电压的表达式,表明要提高太阳电池的

开路电压,必须提高短路电流和反向饱和电流的比值。

根据式(5) 和式(8) 做图,可得到太阳能电池的伏- 安

关系曲线,如图5 所示。这个曲线,可简称为i – u 曲线。

图5 中,曲线1 ,是二极管的暗伏安关系曲线,即无光

照时太阳能电池的i – u 曲线;曲线2 ,是电池接受光照后

的i – u 曲线,他可由无光照时i – u 曲线向第4 象限位移

isc量得到。经过坐标变换,最后可得到常用的光照太阳

能电池的伏安特性曲线,如图6 所示。

太阳能电池的伏安特性曲线显示了通过太阳能电池

(组件) 传送的电流与电压在特定的太阳辐照度下的关系。

对于实际的太阳电池来说,必须考虑p – n 结的品质

和实际存在的串联电阻rs ,并联电阻r sh 。串联电阻包括

扩散层的薄层电阻、基区材料本身的电阻、电极与半导体

的接触电阻、电极的电阻等;并联电阻包括p – n 结的漏

电阻及电池边缘的漏电阻等,他是由硅片的边缘不清洁或

体内的缺陷引起的。因此考虑串并联电阻的影响后太阳

电池的伏- 安特性为:

il = isc – i0 eq(u+ il rs / nkt – 1 –

u + il rs

rsh

(9)

式中, n 称为p – n 结的品质因子。

　　　　　图5 　太阳能电池的　　　图6 　常用的太阳能电池

伏安关系曲线伏安特性曲线

在一定的光照下,太阳电池产生一定的电流isc ,其中

一部分是流过p – n 结的暗电流,另一部分是供给负载的

电流。故可把光照p – n 结看作是一个恒流源与理想二

极管的并联组合,恒流源的电流就是最大的光生电流isc ,

流过理想二极管的电流即暗电流id , il 为流过负载电阻r

的电流。如图4 (c) 所示。

4 　结　语

本文从太阳能电池的结构、工作原理出发,论述了表

征太阳能电池特性的短路电流、开路电压、填充因子和光

电转换效率等参数以及外界条件对他们的影响。对于了

解太阳能电池的基本特性有很大的帮助,同时,对太阳能

电池的设计和测试也有一定的指导作用。

大学物理实验太阳能电池基本特性的测量的误差分析

误差分析: 一.系统误差: (1).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; (2).最小二乘法拟合中对I0的忽略导致的误差; (3).因为导线的接入导致遮光罩没有完全密封; (4).万用表及变阻箱造成的误差. (5).导线的接入电阻. 二.随机误差: (1).万用表读数不稳定; (2).导线的接入电阻; (3).温度及电源电压的频繁波动; (4).实验台面有微小振动导致光强并不恒定; (5).光源自身功率并非绝对恒定造成的误差.

太阳能电池特性测试实验的原理是什么?

太阳能电池特性有明特性和暗特性两种.明特性是电池在标准光照条件下,电流电压之间的变化关系.暗特性是电池在无光照条件下,电流电压之间的变化关系.

测试太阳能电池在光照情况下的伏安特性

天空的日照不稳定的,用灯具照的话会好一些.

硅光电池特性的研究实验体会和建议

1. 通过实验直接测得的光谱响应为外量子效率,其中计入了电池正表面的反射损失和背面的投射损失.2. 可用辐射热源与液氮系统设计变温IV以及变温QE测试实验;可用调频激光测试IV与QE获得频率响应3. 最简单的方案是利用二极管设计单向通电电路.

太阳能电池基本特性测定实验在不加偏压时使用遮光罩时则么求短路电流

不加偏压的话,使用低阻值负载(如50欧姆),测得的电流值可直接约等为短路电流.

太阳能电池特性

太阳能电池的外特性测量参数一般必然包括:Isc,Voc,FF,Tem..这些都是必然要测的,电路这里不是很容易就能给你说清楚的,工具呢就是用太阳光模拟器了,蓄电池的外特性就稍微简单很多了,就是一般的蓄电池测试内容和方法,大致相同.

光电池特性研究实验的数据处理方法。

一、实验目的和内容 1.作出单色仪的校正曲线—单色仪的定标。2. 测定硅光电池的光谱响应—作出波长λ与硅光电池的灵敏度K´(λ)的校正曲线。 3. 设计简单的光路和电路，测量、研究硅光电池的主要参数和基本特性。二、实验基本原理光电池是一种光电转换元件，它不需外加电源而能直接把光能转换成电能。光电池的种类很多，常见的有硒、锗、硅、砷化镓、氧化铜、硫化铊、硫化镉等。其中最受重视、应用最广的是硅光电池。它有一系列的优点：性能稳定，光谱范围宽，频率响应好，转换效率高，能耐高温辐射等。同时它的光谱灵敏度与人眼的灵敏度最相近，所以，它在很多分析仪器、测量仪器、曝光表以及自动控制检测、计算机的输入和输出上用作探测元件，在现代科学技术中占有十分重要的地位。本实验仅对硅光电池的光谱响应进行测量和研究，对其他基本特性和简单应用作初步的了解。硅光电池是一种p-N结的单结光电池，当光照射到P-N结时，由光激发的光生载流子的迁移，使P-N结两端产生了光生电动势，如果它与外电路中的负载接通，则负载电路中将有光电流产生。 (1)硅光电池的主要参数和照度特性 1)开路电压曲线。硅光电池在一定的光照条件下的光生电动势称为开路电压，开路电压与入射光强照度Ee的特性曲线称为开路电压曲线，开路电压可直接用电位差计读出。(当所测电压超过电位差计量程时，自行设法扩大量程) 2)短路电流曲线。在一定光照条件下，光电池被短路(负载电阻R=0)时，所输出的光电流值称为短路光电流。光电流密度Je与照度Ee的特性曲线称为短路电流曲线。 3)试研究开路电压、短路电流与受光面积的关系。 (2)硅光电池的负载特性 1)硅光电池的伏安特性与最佳匹配。随着负载电阻的变化，回路中电流I和硅光电池两端的电压U相应地变化，称为硅光电池的伏安特性。通过负载特性的研究，就可知道在某一负载电阻时其输出功率最大，这称为最佳匹配，所用负载电阻又称为最佳匹配电阻。 2)硅光电池的内阻。从理论上可以推导出硅光电池的内阻Rs等于开路电压除以短路电流。可以观察到光照面积不同时，硅光片的内阻将发生变化。 (3)硅光电池的温度特性(供选做参考)。硅光电池的开路电压、短路电流随温度t变化的曲线表征了它的温度特性。这种硅光电池的温度漂移，直接影响到测量精度与控制精度。一般开路电压随温度增加而迅速下降，路短电流随温度增加而缓慢上升。在具体应用和设计仪器时，应考虑温度的漂移，要采取相应的措施进行补偿。 (4)硅光电池的光谱响应特性用光电法测量光的强度，光的能量时，一般是采用光电管、光电倍增管、硅光电池、半导体光电二极管、炭斗和热电堆等光电器件。但这些器件各有它们的特点。使用时必需了解它的特性，它们对各波段的灵敏度如何？也就是它们的光谱响应怎么样？国产的硅光电池灵敏度比较高，尤其在长波，灵敏度更高。但相对来说，在450纳米以下的短波与长波比较它的灵敏相差很大，光谱响应比较差。因此，测定硅光电池的灵敏度是很重要的了。实验中采用2CR 型系列的硅光电池。并用热电堆对各个波长的灵敏度比较均匀这个特点来作标准，求出硅光电池相对光谱灵敏度。其做法是假设在某个波长，热电堆的光谱灵敏度为K（λ），硅光电池的光谱灵敏度K´(λ)；单色仪的透过率为T（λ）；热电堆与硅光电池的输出信号大小分别为D（λ）和D´（λ）；光源（这里用白炽灯）的辐射能量的发射本领为E（λ）。它们的关系分别为： D（λ）= E（λ）K（λ）T（λ）（1） D´（λ）= E（λ）K´（λ）T（λ）（2）（1）和（2）两式相除得： D（λ）/ D´（λ）= K（λ）/ K´（λ）（3）因为热电堆的光谱响应均匀，即无选择性，灵敏度基本上是一样的。为此，我们用热电堆作为标准，并假定它的光谱灵敏度为一个常数。为了计算方便，这里假定K（λ）等于1.则（3）式变为 K´(λ)= D´（λ）/ D（λ） (4)用这个关系式就可以求出硅光电池的相对光谱灵敏度即光谱响应。三、实验用具与装置图实验用具：单色仪，ACⅡ型光电检流计，经过稳压的光源（白炽灯），硅光电池和热电堆等。装置如下图： S1和S2分别为单色仪的输入和输出狭缝。G为探测器（硅光电池或热电堆）L为聚焦透镜，它把白炽灯的光束聚焦成象在狭缝上。