太陽能電池特性測試試驗儀

一、實驗目的

1．熟悉太陽能電池的工作原理；
2．太陽能電池光電特性測量。

二、實驗設備

THQTN-1型 太陽能電池特性測試實驗儀。

三、實驗原理

1 太陽能電池板結構
 
圖1 太陽能電池板結構示意圖
以矽太陽能電池為例：結構示意圖如圖1。矽太陽電池是以矽半導體材料製成的大麵積PN結經串聯、並聯構成，在N型材料層麵上製作金屬柵線為麵接觸電極，背麵也製作金屬膜作為接觸電極，這樣就形成了太陽能電池板。為了減小光的反射損失，一般在表麵覆蓋一層減反射膜。                   
2 光伏效應都
用光照射到半導體PN結上時，半導體PN結吸收光能後，兩端產生電動勢，這種現象稱為光生伏特效應。由於P-N結耗盡區存在著較強的內建靜電場，因而產生在耗盡區中的電子和空穴，在內建靜電場的作用下，各向相反方向運動，離開耗盡區，結果使P區電勢升高，N區電勢降低，P-N結兩端形成光生電動勢，這就是P-N結的光生伏特效應。
3 太陽能電池的特性參數
太陽能電池工作原理基於光伏效應。當光照射到太陽能電池板時，太陽能電池能夠吸收光的能量，並將所吸收的光子的能量轉化為電能。在沒有光照時, 可將太陽能電池視為一個二極管,其正向偏壓與通過的電流的關係為
                               (1)
是二極管的反向飽和電流，稱為理想係數，是表示PN結特性的參數，通常為1。是波爾茲曼常數，為電子的電荷量，為熱力學溫度。（可令）
當太陽能電池短路時，91香蕉视频汚可以得到短路電流為ISC，當太陽能電池開路時，91香蕉视频汚可以得到開路電壓為UOC。
當太陽能電池接上負載R時，所得到的負載U-I特性曲線如（圖四）所示，負載R可從零至無窮大，當負載為Rm時，太陽能電池的輸出功率，它對應的功率為Pm：
Pm=Im×Um                                  (2)
上式中Im和Um分別為工作電流和工作電壓，將Voc與Isc的乘積與輸出功率Pm之比定義為填充因子FF：
                           (3)
FF為太陽能電池的重要特性參數，FF越大則輸出功率越高。FF取決於入射光強、材料禁帶寬度、理想係數、串聯電阻和並聯電阻等。
太陽能電池的轉換效率η定義為太陽能電池的輸出功率與照射到太陽能電池的總輻射能Pin之比，即                               
                                                (4)
 
圖2 太陽能電池的伏—安特性曲線

四、實驗內容與步驟

（1）測量太陽能電池無光照時的伏安特性（直流偏壓從0~2V）連接測量電路如圖3所示：
 
圖3
利用測得的正向偏壓時I—U關係數據，畫出I—U曲線。
（2）在不加偏壓時，用白熾燈光照射，測量太陽能電池特性(4片串聯負載特性更明顯)。連接測量電路如圖3所示：注意：此時光源到太陽能電池距離不能太近，可選擇為35cm之後。
 
圖4
（a）測量短路電流、開路電壓和入射光強J。
（b）測量電池在不同負載電阻下，對變化關係，畫出曲線圖。
（c）求太陽能電池的輸出功率，工作電壓和工作電流。
（d）計算填充因子：
（e）計算轉換效率：
（3）電池的串聯和並聯
電池串聯輸出電流不變，電壓相加。電池並聯輸出電壓不變，電流相加。
五、實驗數據
1、無光照時伏安特性表（並繪出曲線）

U（V）
I（mA）

2、不加偏壓且有光照時測量
(1) 入射光強J=      
   串聯ISC=        ,  UOC=      
   並聯ISC=        ,  UOC=      
(2) 電池在不同負載電阻下，I對U的變化關係（並繪出曲線）
   入射光強J=      

R(Ω)

9999

9k

8k

7k

6k

5k

4k

3k

2k

1k

100

10

1

U(V)

I(mA)

P(mW)

(3) 功率Pm=       工作電壓Um=       工作電流Im=      
(4) 計算填充因子：
(5) 計算轉換效率：
(6) 闡述太陽能電池串並聯輸出電流電壓的變化規律：
備注：光功率Pin為單位麵積的入射光強J太陽能電池的有效麵積，且本實驗的太陽能電池單片有效麵積為2060mm2。

六、注意事項

1. 實驗室，避免太陽光照射太陽能電池。
2. 連接電路時，保持電源開關斷開。
3. 做實驗時，電壓、電流及入射光強會跳動幾個字（因電網電壓不穩定導致光源不穩定造成），屬正常現象，對實驗結果無太大影響。