硅光电池研究.pdf

普通物理实验III 课程论文 题 目 硅光电池特性研究 学 院 物理科学与技术学院 专 业 物理学 年 级 2014 级 学 号 222014315052028 姓 名 李国宇 指 导 教 师 孙凯 论 文 成 绩 答 辩 成 绩 20 15 年 11 月 20 日 硅光电池特性研究 李国宇 西南大学物理科学与技术学院，重庆 400715 摘要：硅光电池电池是一种太阳能电池，具有寿命长、使用方便、无噪音、无污染等优点。经过人 们40 多年的努力，硅光电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。对硅光电池电池的工作原理和 基本特性的研究，有利于我们对硅光电池相关原理和特性的进一步的认识。我们采用FD-OE-4 型太 阳能电池基本特性测定仪对硅光电池的基本特性进行了研究并做了如下的工作：在没有光照时，太 阳能电池作为一个二极器件，测量在正向偏压时该二极器件的伏安特性曲线，并求出其正向偏压时， 电压与电流关系的经验公式；测量太阳能电池的短路电流、开路电压、最大输出功率和填充因子； 测量了太阳能电池的短路电池、开路电压与相对光强的关系，并求出他们的近似函数。本文就硅光 电池相关原理和现象及有关物理量进行定性或定量的分析。 关键词：硅光电池； PN 结；短路电流；开路电压；填充因子 引言 能源是人类发展必不可少的东西。世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、 天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。然而，由于这些化石能源将在21 世纪上 半叶迅速地接近枯竭，能源危机已成为世界关注的首要问题之一。为了持续的发展与进 步，开发新能源已成为世界各国需要解决的首要问题。太阳能以其具有普遍性、无害性、 长久性、大量性等优点已受到科学界普遍的关注。其中，以硅太阳能电池作为绿色能源 其开发和利用大有发展前景。硅光电池是一种半导体光电转换器件,它能把光能直接转换 成电能，具有效率高、重量轻、体积小、寿命长等一系列特点。它的结构很简单，核心 部分是一个大面积的PN 结，把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成 闭合回路，当二极管的管芯(PN 结)受到光照时，你就会看到微安表的表针发生偏转，显 示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。硅光电池的PN 结面积要比二极管的 大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。深刻理解硅光电池的工作原理 和具体使用特性可以进一步领会半导体 PN 结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。 本文首先介绍了硅光电池的主要原理，然后通过对硅光电池研究实验的分析，得出硅光 电池的基本特性，并对有关物理量进行定性或定量分析。 1 1 实验原理 1．1 PN 结的形成及单向导电性 硅光电池的核心部件是一个大面积的 PN 结。采用反型工艺在一块 N 型（P 型）半 导体的局部掺入浓度较大的三价（五价）杂质，使其变为P 型（N 型）半导体。如果采 用特殊工艺措施，使一块硅片的一边为P 型半导体，另一边为N 型半导体则在P 型半导 体和N 型半导体的交界面附近形成PN 结。PN 结是构成各种半导体器件的基础，许多半 导体器件都含有PN 结。如图１所示， 代表得到一个电子的三价杂质（例如硼）离子， 带负电； 代表失去一个电子的五价杂质（例如磷）离子，带正电。由于P 区有大量空 穴（浓度大），而 N 区的空穴极少（浓度小），即P 区的空穴浓度远远高于N 区，因此 空穴要从浓度大的 P 区向浓度小的N 区扩散，并与 N 区的电子复合，在交界