太阳能电池的特性测量.docx
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太阳能电池的特性测量
太阳能电池特性测量
实验报告
学院
能源与环境工程学院
班级
学号
姓名
林晓晨
一、实验目的与实验仪器
实验目的：
（1）了解太阳能电池的光伏效应原理，了解单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池的差别；
（2）研究在无光照情况下太阳能电池的伏安特性（即暗伏安特性）；
（3）研究在光照情况下太阳能电池的输出特性。
实验仪器：
ZKY-SAC-I太阳能电池特性实验仪、可变负载、光源、导轨、遮光罩、光强探头、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。
二、实验原理
（要求与提示：
限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）
1.太阳能电池光生伏特效应的原理
光生伏特效应是指半导体材料由于受到光照而产生电动势的现象，简称光伏效应。
太阳能电池就是利用这种半导体P-N结受到光照时的光伏效应进行发电的。
需要注意的是，太阳能电池产生光生伏特效应用于发电需要满足两个条件：
（1）材料对光具有本征吸收（可以产生内光电效应）；
（2）在太阳能电池内部可以形成内建电场，能够迅速分离光生载流子，且能够阻止光生载流子的复合。
2.太阳能电池的特性
当无光照射在太阳能电池时，可以将太阳能电池等效为一个二极管；有光照射在太阳能电池时，则可以将其等效为一个受控电流源，其等效电路如图5.17-2所示。
图中，IL为光照射到电池吸收层中产生的光生电流，当光照相对比较恒定的时候，光生电流不会随着工作状态改变，可以看做恒流源。
理想的太阳能电池正向电流IF与其压降UF之间满足以下关系式：
三、实验步骤
（要求与提示：
限400字以内）
1.太阳能电池的暗伏安特性测量
将电压源调到0V，然后逐渐增大输出电压，每间隔0.3V记一次电流值，并将数据记录到表中。
将电压输入调到0V，并将“电压输出”接口的两根连线互换，即给太阳能电池加上反向的电压。
逐渐增大反向电压，每间隔1V记录一次电流值，并将数据记录到表中。
绘制三种太阳能电池的伏安特性曲线。
2.开路电压、短路电流与光强关系测量
打开光源开关，并预热5分钟。
取掉太阳能电池的遮光罩，将光强探头装在太阳能电池板位置，探头输出线连接到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”。
由近及远移动滑动支架，测量距光源一定距离的光强Ilight，将测量到的光强记入表中。
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。
按图5.17-7a接线，按测量光强时的距离值（光强已知），记录开路电压值于表中。
按图5.17-7b接线，记录短路电流值于表中。
重复该实验步骤，分别将单晶硅、多晶硅以及非晶硅的开路电压与短路电流值记录在数据表格中。
绘制三种太阳能电池的开路电压和短路电流随入射光强的变化曲线。
3.太阳能电池的输出特性测量
按图5.17-8接线，以电阻箱作为太阳能电池负载。
在一定光照强度下（将滑动支架固定在导轨上某一个位置），分别将三种太阳能电池板安装到支架上，通过改变电阻箱的电阻值，记录太阳能电池的输出电压U、电流I以及当前的负载值，将测量数据填于表中（需测量10组以上的实验点），并计算太阳能电池的输出功率PO=U×I。
4.太阳能电池的输出特性与光照度之间的关系测量
选择一种太阳能电池，并按照图5.17-8接线，通过改变太阳能电池在光轨上的位置以改变光照强度。
重复3中的实验步骤测量该太阳能电池的输出特性与光照度之间的关系，将数据填入表格中（需测量10组以上的实验点），计算并绘制太阳能电池填充因子和转换效率随光照强度变化曲线。
四、数据处理
1
2
3
效率为
4
U=[2.062.512.582.582.592.612.602.592.582.58
1.162.072.302.382.422.482.522.532.542.54
0.71.371.952.202.302.432.482.502.522.52
0.4691.1382.162.442.492.532.552.562.562.56
0.350.681.011.341.661.802.262.412.452.47];
I=[100.75025.823.4135.22.61.30.8580.515
56.651.438.329.824.212.55.12.61.30.845
34.434.232.727.623.012.25.02.51.2550.837
22.822.821.112.28.45.12.61.70.8510.511
17.11716.916.916.616.411.44.82.51.23];
II=[883464286199148];
S=2.5
Pin=II*S;
P=U.*I;
P=P';
%最大功率
MP=max（P）
U0=[2.892.802.732.672.62];
I0=[10053.533.222.816.8];
UI=U0.*I0;
%填充因子
FF=MP./UI
%转化效率
xiaolv=MP./Pin
效率与填充因子计算结果为：
五、分析讨论
1注意在预热光源的时候，需要遮光罩罩住太阳能电池，以降低太阳能电池的温度，减小误差
光源工作及关闭后的约1小时期间，灯罩表面的温度都很高，请不要触摸。
2光照距离越近，光照强度越大，其功率越大
3最大输出功率随着距离的增加而增大，最佳负载电阻随距离的增大而减小
4实验过程中会出现误差：
电流表和电压表的内电阻以及导线内阻接触电阻对实验的影响，
可调变阻箱调节电阻不准确，万用表读数不稳定，温度以及其他光源的影响
5太阳能电池的填充因子FF远小于理论上的最大值1，说明太阳能电池制造工艺和结构上还有很
大的提升空间。
六、实验结论
1.太阳能电池的暗伏安特性曲线不是一条直线。
2.太阳能电池的短路电流与光强呈线性关系，开路电压与光强不呈线性关系。
3.本实验所用的单晶硅和多晶硅太阳能电池内阻均约为110欧，非晶硅太阳能电池内阻约为1210欧。
4.最大输出功率随着光强的增大而增大，效率随着光强的增加先增加后减小
填充因子随着光强的增加减小4
七、原始数据
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