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太阳能电池特性测量实验报告
篇一：实验报告--太阳能电池伏安特性的测量
实验报告
姓名：张伟楠班级：F0703028学号：5070309108实验
成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：08.03.17指导教师：批
阅日期：
太阳能电池伏安特性的测量
【实验目的】
1.了解太阳能电池的工作原理及其应用2.测量太阳能
电池的伏安特性曲线
【实验原理】
1．太阳电池的结构
以晶体硅太阳电池为例，其结构示意图如图1所示．晶
体硅太阳电池以硅半导体材料制成大面积pn结进行工作．一
般采用n+/p同质结的结构，即在约10cm×10cm面积的p型
115
硅片（厚度约500μm）上用扩散法制作出一层很薄（厚度~0.3
μm）的经过重掺杂的n型层．然后在n型层上面制作金属
栅线，作为正面接触电极．在整个背面也制作金属膜，作为
背面欧姆接触电极．这样就形成了晶体硅太阳电池．为了减
少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜．
图一太阳电池结构示意图
2．光伏效应
图二太阳电池发电原理示意图
当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射
光子的能量大于半导体材料的禁带宽度eg，则在p区、n区
和结区光子被吸收会产生电子–空穴对．那些在结附近n区
中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散．只要少数
载流子离pn结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩
散到结界面处．在p区与n区交界面的两侧即结区，存在一
空间电荷区，也称为耗尽区．在耗尽区中，正负电荷间形成
一电场，电场方向由n区指向p区，这个电场称为内建电
场．这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场
的作用下被拉向p区．同样，如果在结附近p区中产生的少
数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速被
拉向n区．结区内产生的电子–空穴对在内建电场的作用下
分别移向n区和p区．
如果外电路处于开
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路状态，那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，
使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结
上产生一个光生电动势．这一现象称为光伏效应
（photovoltaiceffect,缩写为pV）．3．太阳电池的表征参
数
太阳电池的工作原理是基于光伏效应．当光照射太阳电
池时，将产生一个由n区到p区的光生电流Iph．同时，由
于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID，此电流方
向从p区到n区，与光生电流相反．因此，实际获得的电流
I为
（1）
式中VD为结电压，I0为二极管的反向饱和电流，Iph
为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳
电池的结构和材料的特性决定的．n称为理想系数（n值），
是表示pn结特性的参数，通常在1~2之间．q为电子电荷，
kb为波尔茨曼常数，T为温度．
如果忽略太阳电池的串联电阻Rs，VD即为太阳电池的
端电压V，则（1）式可写为
（2）
当太阳电池的输出端短路时，V=0（VD≈0），由（2）式
可得到短路电流
即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度
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成正比．当太阳电池的输出端开路时，I=0，由（2）和（3）
式可得到开路电压
（3）
当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线
如图2所示．负载R可以从零到无穷大．当负载Rm使太阳
电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率pm为
（4）
式中
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