SAC-Ⅲ_太阳能电池特性实验仪实验指导说明书_2010-06-09.doc

ZKY-SAC-Ⅲ 太阳能光伏电池实验系统 （探究型） 实验指导及操作说明书 成 都 世 纪 中 科 仪 器 有 限 公 司 地址：成都市人民南路四段9号中科院成都分院 邮编：610041 电话：（028 传真：（028网址；WWW.ZKY.Cn E-mail: ZKY@ZKY.Cn 2010-06-05太阳能光伏电池实验系统（探究型） 太阳能这个词早就脱离了学术交流领域而为普通大众所周知。太阳能指太阳辐射的能量。我们知道在太阳内部无时不刻的进行着氢转变为氦的热核反应。反应过程中伴随着巨大的能量向宇宙空间的释放。所有太阳释放到宇宙空间的能量都属于太阳能的范畴。科学研究已经表明太阳热核反应可以持续百亿年左右，能量辐射功率3.8×1023Kw。根据地球体积、与太阳的距离等数据可以计算出地球辐照到的太阳能大致为全部太阳能量辐射量的20亿分之一左右。考虑到地球大气层对太阳辐射的反射和吸收等因素，实际到达地球表面的太阳辐照功率为80亿千瓦，折合500万吨标准煤的能量。 随着社会经济的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。翻开任何一张新闻类报纸，不会看不到关于能源问题的报道。人类对能源的需求，随着社会经济发展而急剧膨胀，专家估计目前每年能源消耗总量为200亿吨标准煤，并且这其中的90%左右是依靠不可再生的化石能源来维持的。就目前这种状况，全球化石能源贮备只能维持100年左右。太阳能自然而言成为人类可持续发展不得不考虑的最佳能源方式。 人类对太阳能的利用不是最近几十年的事情，而是具有悠久的历史。我国战国时期、古埃及等国家都有关于太阳能利用的记载。这类应用虽然是太阳能利用范畴，但方式、手段和目的都非常的原始。近代太阳能利用的标志是1615年法国工程师制造出第一台太阳能驱动的发动机。但高昂的造价和极低的效率注定这种发动机没有实用价值，只能是模型爱好者的宠儿。人类对硅材料的认识、固体理论、半导体理论的发展和成熟是太阳能利用的关键推动力，具有里程碑意义的事件是1945年美国Bell实验室研制出实用性硅太阳能电池。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。 太阳能给人无限的遐想，但需要对太阳能有一个全面客观的认识。任何的事物总是具有两面性的。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。分散性和不稳定性是地球地理特征决定的。高成本是工艺技术水平的不足导致的。太阳能是非常活跃的研究和应用领域，前景广阔，回报丰厚。这个领域也充满问题和挑战，对相关人才的需求量巨大。 太阳能电池是目前太阳能利用中的关键环节，核心概念是pn结和光生伏特效应。理解太阳能电池的工作原理、基本特性表征参数和测试方法是必要和重要的。 一、实验目的 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； 5、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； 二、实验原理 1、光生伏特效应 半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境，如温度、光照等，发生剧烈的变化。半导体材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。基于半导体材料电子器件的核心结构通常是pn结。pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域。太阳能电池，本质上就是pn结。 常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结。太阳能电池之所以能够完成光电转换过程，核心物理效应是光生伏特效应。这种效应是半导体材料的一种通性。如图1所示，当特定频率的光辐照到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，载流子重新分布导致半导体材料内部产生电动势。如果构成回路就会产生电流。这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。 非均匀半导体就是指材料内