太阳能光伏电池测试与分析_精品文档Word文档下载推荐.doc

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电流电压关系为肖克莱方程：

反向饱和电流为：

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。

3、太阳能电池光照情况下的电流电压关系（光特性）

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

短路电流或者闭路电流Isc。

I=ISC=IL

开路电路电压VOC为

4、太阳能电池的效率

太阳能电池的转换效率定义为输出电能Pm和入射光能Pin的比值：

三、实验设备

设备采用整体箱式布局，所有元件都集中在一个箱体中，无外在分离结构。

包括光源与太阳能电池、光路和外电路三个部分。

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。

四、实验内容与步骤

1、太阳能电池暗特性测试

暗特性测试不需要开启光源。

测试反偏电压V下通过太阳能电池的电流I；

测试正向偏压下通过太阳能电池的电流I。

汇总测试数据形成I－V特性曲线。

根据实验时间安排测量不同温度下的特性曲线。

根据理想pn结电流电压方程对正偏实验数据进行拟和。

实验结果：

汇总正向偏压数据形成的I-V特性曲线如下图：

取特性曲线上两点（3000，20000），（3300，60000）由，其中为常数，可得=273mV，IS=0.34μA，即拟合函数为

2、太阳能电池光照特性测试

（1）不加载滤色片、光强度最大条件下通过改变负载电阻来测试太阳能电池I－V特性曲线，汇总数据形成I－V特性曲线，然后根据特性曲线求解出开路电压Voc、闭路电流Isc；

（2）不加载滤色片，在两种不同光强下测量I－V特性，得到不同光强下的I－V特性曲线、开路电压、闭路电流数据；

（3）最大光强下，加载不同滤色片，测量I－V特性，得到不同单色光照情况下的I－V特性曲线、开路电压、闭路电路数据；

（4）不同温度下的重复

（1）得到不同温度下I－V特性曲线、开路电压、闭路电流数据。

对比光强度、滤色片、温度对太阳能电池的I－V特性的影响，根据I－V曲线计算出不同测量参数下的最大功率矩形的值，进而计算出占空系数。

1. 不加载滤色片，06档光强（最大光强度）下得到的特性曲线如下图：

可以求出，开路电压VOC=2680mV，短路电流ISC=55000μA。

Vm=2000mV，Im=48300μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.66

2. 不加载滤色片，03档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2580mV，短路电流ISC=28500μA。

Vm=2050mV，Im=26000μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.72。

3.加载710nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2330mV，短路电流ISC=2200μA。

Vm=1780mV，Im=1980μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.69

4. 加载710nm滤色片，03档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2270mV，短路电流ISC=1100μA。

Vm=1700mV，Im=960μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.65

5. 加载770nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2180mV，短路电流ISC=725μA。

Vm=1620mV，Im=600μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.61

6.加载770nm滤色片，03档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2000mV，短路电流ISC=378μA。

Vm=1500mV，Im=293μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.58

7. 加载900nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2020mV，短路电流ISC=378μA。

Vm=1590mV，Im=293μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.61

8. 加载1035nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2350mV，短路电流ISC=1770μA。

Vm=1830mV，Im=1530μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.67

9. 加载660nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2500mV，短路电流ISC=3620μA。

Vm=2000mV，Im=3160μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.70

10.加载570nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2310mV，短路电流ISC=1730μA。

Vm=1820mV，Im=1480μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.67

11.加载490nm滤色片，06档光强下得到的特性曲线如下图

可以求出，开路电压VOC=2180mV，短路电流ISC=845μA。

Vm=1660mV，Im=695μA，占空系数（ImVm/ISCVOC）=0.63

12.光强度、滤色片、温度对太阳能电池的I－V特性的影响

光强度增强，太阳能电池的开路电压和短路电流均相应增强，但电压变化幅度较小，呈对数式变化，而电流与光强变化成正比。

滤色片使太阳能电池的开路电压和短路电流都减小，对电压影响较小，对电流影响很大。

不同波长的滤波片对应的短路电流不同。

随着温度的上升，短路电流上升，开路电压减少，转换效率降低。

3、不同基材（多晶、非晶、单晶）太阳能电池特性对比研究

转换效率，单晶硅太阳能电池＞多晶硅太阳能电池＞非晶硅太阳能电池。

五、问题

1、太阳能电池的工作原理是什么？

答：

太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。

其基本原理是：

当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；

光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子。

在内建电场的驱动下，电子产生定向运动，使pn结两侧形成电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。

这个过程的实质是光子能量转换成电能的过程。

2、为了得到较高的光电转化效率，太阳能电池在高温下工作有利还是低温下工作有利？

太阳能电池的工作环境温度可以在较大的范围内变化。

电池的短路电流并不强烈的依赖于温度。

随温度上升，短路电流略有增加，但开路电压和占空系数都会减小，所以温度升高对电池的总影响是降低效率，使输出功率降低。

当硅电池本身的温度超过60度时，其发电效率会大幅下降。

所以太阳能电池在低温下工作有利。

3、为了尽可能提高太阳能电池的光电转换效率，太阳能电池表面应该怎么处理为好？

将太阳能电池表面制成金字塔型的结构，并加上抗反射层，以减少光的反射量；

在照光的表面会从条状金属电极伸展出一列很细的金属指状物，除了能有效地收集载流子，而且可以减少金属线遮蔽入射光的比例，从而尽可能提升太阳能电池的转换效率。

4、不同单色光下太阳能电池的光照特性有什么变化？

为什么？

太阳能电池对不同波长的光具有不同的响应，即不同单色光照射到太阳能电池上其效果是不一样的，太阳能电池会产生不同的短路电流。

这是因为现有的任何一种半导体材料都只能吸收能量比其能隙值高的光子，即只能在一有限波段转换太阳能量。