太阳能Word格式.docx

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3.氙灯启动时氙灯光强选择旋钮必须放到第6档，否则可能无法点亮氙灯。

4.关机时，按下关机按钮15秒内氙灯未熄灭，说明仪器出现故障，应按下紧急开关按钮。

3、测试仪

1.风扇在高速旋转时，严禁向内丢弃杂物。

2.控温过程中，制冷和制热转换的时间间隔必须大于20分钟，否则将造成仪器损坏。

3.实验时请关闭顶盖，关闭顶盖时应注意安全，不要夹到手指。

4.为保证使用安全，三芯电源线需可靠接地。

5.请勿遮挡机箱风扇进出风口，否则可能造成仪器损坏。

6.仪器在不用时请将与外电网相连的插头拔下。

4、实验配件

1.太阳能电池板组件为易损部件，应避免挤压和跌落。

2.光学镜头要注意防尘，注意不要刮伤表面。

使用完毕后，应包装好置于镜头盒内。

滤光片在强光下连续工作应小于30分钟，否则将损坏滤光片。

背景

近年来，太阳能成为研究、技术、应用、贸易的热点。

太阳能潜在的市场为全球关注。

除了人类能源需求量的增大、化石能源储量的下降和价格的提升、理论和工艺技术水平的提高等因素外，环保意识、可持续发展意识的提升也是一个重要的因素。

就太阳能而言，其优势在于“普遍”，地球的任何角落都存在；

“巨大”，太阳能是地球可供开采的最大能源；

“无害”，不污染环境；

“持续”，可稳定供应时间超过100亿年。

太阳能的缺点在于它具备的分散性、不稳定性、高成本。

实验原理

1、太阳能电池的结构以及工作原理

如图，光电池是用PN结原理制作的光电池。

当光照射到PN结时，由光激发的光生载流子的迁移，使PN结的两端产生光生电动势，若将其与负载电路接通，便形成光电流。

图1光电池结构示意图

2．太阳能电池无光照情况下的电流电压关系（暗特性）

图3光电池的输出伏安特性性曲线

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。

近似地，可以把无光照情况下的太阳能电池等价于一个理想pn结。

正向、反向电压下，暗条件下太阳能电池IV曲线

图2.单晶硅太阳能电池实际测量得到的暗特性I－V曲线

不对称。

3．太阳能电池光照情况下的负载特性以及电流电压关系（亮特性）

在一定的光照条件下，硅光电池的输出特性曲线如图4所示。

当光电池通过负载RL闭合后，RL从0变到无穷大时，输出电压U则从0变到Ucc，同时输出电流从Isc变到0，由此可得电池的输出特性曲线。

曲线上任何一点都可以，作为工作点工作点所对应的纵横坐标，即为工作电流和工作电压，两者的乘积

图4光电池的光照特性曲线

为电池的输出功率，Imp、Ump为该电池的最佳工作点，故最大输出功率为

两种极端情况：

负载电阻RL＝0，这种情况下加载在负载电阻上的电压也为零，pn结处于短路状态，此时光电池输出电流我们称为短路电流或者闭路电流Isc。

负载电阻

，外电路处于开路状态。

流过负载电阻电离为零，根据等效电路图，光电流正好被正向结电流抵消，光电池两端电压Voc就是所谓的开路电压。

显然有

得到开路电路电压VOC为

开路电压Voc和闭路电流Isc是光电池的两个重要参数。

实验上这两个参数通过确定稳定光照下太阳能电池IV特性曲线与电流、电压轴的截距得到。

不难理解，随着光照强度增大，确定太阳能电池的闭路电流和开路电压都会增大。

但是随光强变化的规律不同，闭路电路Isc正比于入射光强度，开路电压Voc随着入射光强度对数式增大。

光电池的开路电压和短路电流与照度特性曲线见图4

4．光电池的光谱响应

太阳能电池光谱响应测试：

太阳能电池的光谱响应R（λ）是指在某一特定波长λ处，太阳能电池输出的短路电流I（λ）与入射到太阳电池上的辐射功率Φ（λ）的比值：

R（λ）=I（λ）/Φ（λ）

光强和光谱的不同，会引起太阳能电池输出的变动。

图5光电池的光谱特性

图6硅光电池的温度效应

本测试系统采用比对法来测太阳电池的光谱响应,即采用标定过的光谱响应已知的光强探测器作为标准,则待测样品太阳电池的光谱响应为:

R（λ）=R’（λ）·

I（λ）/I’（λ）

　　其中R’（λ）为比对光强探测器的归一化后的光谱响应,I’（λ）为光强探测器在给定的辐照度下的短路电流,I（λ）为待测太阳电池在相同辐照度下的短路电流。

5．光电池的温度效应

对于大部分太阳能电池，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。

开路电压与温度的关系近似为线性，如图6所示，即Ucc具有负的温度系数。

6．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：

其中

在I－V关系中构成一个矩形，叫做最大功率矩形。

图4

实验仪器及用具

仪器组成：

测试仪、氙灯电源、氙灯光源、滤光片组和电池片组。

实验操作和显示由计算机软件完成。

仪器整机

照片如下：

光路以及测试仪结构示意图如下

实验内容

1.太阳能电池的暗伏安特性测量

暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。

本次实验是在闭光条件下，在不同温度点测试太阳能电池的正反向伏安特性。

（1）暗特性正向测试

图7暗特性正向测量原理图

测试步骤：

镜筒加遮光罩，室温条件下，按图7原理图，对太阳能电池片两端加0-3.5V的电

压，测试流入太阳能电池的电流，并记录数据。

（2）暗特性反向测试

图8.暗特性反向测量原理图

镜筒加遮光罩，室温条件下，按图8原理图，对太阳能电池片两端加0--3.5V的

电压，测试流入太阳能电池的电流，并记录数据。

2.太阳能电池的亮特性测试

亮特性测试内容主要是在光照的情况下，测试单晶硅、多晶硅、非晶硅3种太阳能电池输出的电压，电流，并计算输出最大功率。

图9亮特性测试原理图

（1）开路电压，短路电流与光强关系测量

不加滤光片，室温下，改变氙灯光强大小，测单晶硅、多晶硅、非晶硅3种太阳能电池对应的短路电流，开路电压。

测量原理见图9。

光强大小由光强探测器测得。

图10.开路电压，短路电流与光强关系测试原理图

实验步骤：

依次改变光强档位，按图10原理图依次测量单晶硅、多晶硅、非晶硅的开路电压，短路电流，并记录数据。

（2）太阳能电池输出特性实验

通过改变电阻箱的电阻值，记录太阳能电池的输出电压V和电流I,并计算输出功率POUT=V×

I，测量原理见图9。

①插入光强探测器，光强档位选择为最大，温度为室温。

记录当前光强值。

②取出光强探测器，放入太阳能电池片，改变电池片负载的电阻值，记录太阳能电池的输出电压V和电流I。

③更换太阳能电池片，重复步骤②。

实验数据记录及处理如附图

学习要点总结

1、了解pn结基本结构与工作原理；

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，理解光源波长、温度等因素对太阳能

电池特性的影响；

6、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；

一、晶体的暗特性实验数据

1,单晶硅暗特性实验数据

（1）单晶硅正向暗特性实验数据

（2）单晶硅反向暗特性实验数据

2多晶硅暗特性实验数据

（1）多晶硅正向暗特性实验数据

（2）多晶硅反向暗特性实验数据

3非晶硅暗特性实验数据

（1）非晶硅正向暗特性实验数据

（2）非晶硅反向暗特性实验数据

二、不同光强下不同晶体的光学特性实验数据

1单晶硅

档位

1

2

3

4

5

6

照度

（W/m2）

589.85

713.84

841.85

1052.19

1389.54

6614.85

开路电压

mV

2596

2630

2646

2650

2655

2671

短路电流

uA

18989

22290

26280

34700

46700

66800

2多晶硅

2499

2549

2597

2689

2707

17882

21070

25020

32640

43940

62640

3非晶硅

2523

2590

2648

2734

2847

2948

4615

5475

6409

8077

11080

16451

三、不同晶体在某一光强下的负载特性

各图如下：

单晶暗特性曲线

、

多晶暗特性曲线

非晶暗特性曲线

单晶硅光照特性曲线

多晶硅光照特性曲线

非晶硅光照特性曲线

单晶硅负载特性曲线

多晶硅负载特性曲线

非晶硅负载特性曲线