太阳能电池基本特性的测量(讲义)要点.pdf

太阳能电池基本特性的测量 太阳能的利用和太阳能电池特性研究是 21世纪新型能源开发的重点课题。目前硅太 阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已大量用于民用领域：如太阳能汽车、太阳 能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。太阳能是一种清洁、 “绿色” 能源，因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。本实验的目的主要是探讨太 阳能电池的基本特性， 太阳能电池能够吸收光的能量， 并将所吸收的光子能量转换为电能。 【实验目的】 1． 在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏 安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。 2． 测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短 路 电 流 ( I ) 、 开 路 电 压 ( U ) 、 最 大 输 出 功 率 P 及 填 充 因 子 FF ， SC OC m [FF Pm /( ISC U OC )] 。填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。 3． 测量太阳能电池的光照特性： 测量短路电流 I SC 和相对光强度 J / J0 之间关系， 画出 ISC 与相对光强 J/ J0 之间的关系图；测量开路电压 U OC 和相对光强度 J / J0 之间的关系， 画出 U OC 与相对光强 J/ J0 之间的关系图。 【实验原理】 太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管， 在没有光照时其正向偏压 U 与通 过电流 I 的关系式为： I Io (e U 1) (1) (1) 式中， I o 和 是常数。 由半导体理论，二极管主要是由能隙为 EC EV 的半导体构成，如图 1 所示。 E C 为 半导体导电带， EV 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收， 产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。 假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源） 、一个理 想二极管、一个并联电阻 R sh 与一个电阻 R s 所组成，如图 2 所示。 图 2 中， Iph 为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流， Id 为光照时通过太阳能电 池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得： IR s U ( I ph I d I ) R sh 0 （2 ） （2 ）式中， I 为太阳能电池的输出电流， U为输出电压。由（ 1）式可得， R U s I(1 ) I ph I d （3） R sh R sh 假定 R sh 和 R s 0 ，太阳能电池可简化 为图 3 所示电路。 这里， I I I I I (e U 1) 。 ph d ph 0 在短路时， U 0 ， Iph Isc ；