17太陽能電池伏安特性的測量

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)17太陽能電池伏安特性的測量太陽能電池伏安特性的測量太陽能電池也稱光伏電池，是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。它是太陽能發(fā)太陽能電池也稱光伏電池，是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。它是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的心臟。它具有不消耗常規(guī)能源、壽命長、維護(hù)簡單、使用方便、無噪音、無污染電系統(tǒng)的心臟。它具有不消耗常規(guī)能源、壽命長、維護(hù)簡單、使用方便、無噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)。太陽能電池已作為空間探索的基本電源和地面無電、少電地區(qū)及某些

2、特殊領(lǐng)域等優(yōu)點(diǎn)。太陽能電池已作為空間探索的基本電源和地面無電、少電地區(qū)及某些特殊領(lǐng)域（通信設(shè)備，氣象臺站，航標(biāo)燈的重要電源。目前，太陽電池已廣泛用于收音機(jī)、計(jì)算（通信設(shè)備，氣象臺站，航標(biāo)燈的重要電源。目前，太陽電池已廣泛用于收音機(jī)、計(jì)算機(jī)、交通信號等方面。在發(fā)達(dá)國家太陽能光伏發(fā)電已進(jìn)入城市電網(wǎng)。太陽能光伏發(fā)電有望機(jī)、交通信號等方面。在發(fā)達(dá)國家太陽能光伏發(fā)電已進(jìn)入城市電網(wǎng)。太陽能光伏發(fā)電有望成為成為21世紀(jì)的重要能源，在世界能源構(gòu)成中占有

3、一定的地位。世紀(jì)的重要能源，在世界能源構(gòu)成中占有一定的地位。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解太陽能電池的工作原理及基本結(jié)構(gòu)。了解太陽能電池的工作原理及基本結(jié)構(gòu)。2.測量太陽能電池的伏安特性曲線。測量太陽能電池的伏安特性曲線。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理1.太陽能電池的結(jié)構(gòu)太陽能電池的結(jié)構(gòu)硅光電池按襯底材料的不同可分為硅光電池按襯底材料的不同可分為2DR和2CR型。圖型。圖1為2DR型結(jié)構(gòu)示意圖。它是型結(jié)構(gòu)示意圖。它是以P型硅為襯底（厚約型硅為襯底（厚約50

4、0μm），在其上，在其上面用擴(kuò)散法制作一層厚約面用擴(kuò)散法制作一層厚約0.3μm的N型層，并將它作為受光面。在層，并將它作為受光面。在N型層上制作型層上制作金屬柵線，作為輸出電極，目的是減小光金屬柵線，作為輸出電極，目的是減小光電池的內(nèi)阻。在整個背面制作金屬膜背電電池的內(nèi)阻。在整個背面制作金屬膜背電極。在光敏面上涂一層極薄的二氧化硅透極。在光敏面上涂一層極薄的二氧化硅透明膜，它既可以起到防潮，防塵等保護(hù)作明膜，它既可以起到防潮，防塵等保護(hù)

5、作用，又可以減小硅光電池表面對入射光的用，又可以減小硅光電池表面對入射光的反射，增強(qiáng)對入射光的吸收。反射，增強(qiáng)對入射光的吸收。2CR型電池型電池則是以則是以N型硅為襯底制作的。型硅為襯底制作的。2.PN結(jié)的內(nèi)建電場結(jié)的內(nèi)建電場在P型（或型（或N型）半導(dǎo)體襯底上，用型）半導(dǎo)體襯底上，用擴(kuò)散方法形成一層擴(kuò)散方法形成一層N型(或P型）層。在型）層。在P區(qū)（空穴導(dǎo)電）和區(qū)（空穴導(dǎo)電）和N區(qū)（電子導(dǎo)電）交界區(qū)（電子導(dǎo)電）交界處，由于兩邊電子和空穴

6、濃度不同，處，由于兩邊電子和空穴濃度不同，P區(qū)的空穴向的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子向區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)區(qū)擴(kuò)散。于是，在散。于是，在P區(qū)形成負(fù)電層，區(qū)形成負(fù)電層，N區(qū)形成區(qū)形成正電層，如圖正電層，如圖2所示。這兩個帶電層形成所示。這兩個帶電層形成一個內(nèi)電場，它反過來又阻擋上述擴(kuò)散，一個內(nèi)電場，它反過來又阻擋上述擴(kuò)散，直到擴(kuò)散作用與阻擋作用達(dá)到一種動態(tài)平衡。一般所說直到擴(kuò)散作用與阻擋作用達(dá)到一種動態(tài)平衡。一般所說PN結(jié)就是指這層阻擋層

7、。結(jié)就是指這層阻擋層。如果在如果在PN結(jié)兩端外加正向電壓（結(jié)兩端外加正向電壓（P區(qū)接正，區(qū)接正，N區(qū)接負(fù)）區(qū)接負(fù)），如圖，如圖3（a）所示。則外加電）所示。則外加電圖2載流子擴(kuò)散形成內(nèi)電場載流子擴(kuò)散形成內(nèi)電場(a)(b)圖3正向偏置電壓正向偏置電壓圖1硅太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖硅太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖于是，光電池輸出電流于是，光電池輸出電流(2)evnkT?????????????????POIIIexp1式中式中IP是光生電流；當(dāng)太陽能電池

8、輸出端短路時，是光生電流；當(dāng)太陽能電池輸出端短路時，V=0，由式（，由式（2）可知短路電流）可知短路電流ISC=IP(3)即太陽能電池的短路電流等于光生電流。當(dāng)太陽能電池的輸出端開路時，即太陽能電池的短路電流等于光生電流。當(dāng)太陽能電池的輸出端開路時，I=0，由式，由式（1）和式（）和式（3）可得開路電壓）可得開路電壓(4)0scocInkTVIneI????????1太陽能電池接上負(fù)載太陽能電池接上負(fù)載R時的伏安特性曲線如圖時的伏安特性

9、曲線如圖（6）所示。在最佳負(fù)載）所示。在最佳負(fù)載Rm情況下，可使電池輸出情況下，可使電池輸出功率最大功率最大(5)mmmPIV?式中式中Im和Vm分別為最佳工作電流和最佳工作分別為最佳工作電流和最佳工作電壓。定義填充因子電壓。定義填充因子(6)mmmocscocscPVIFFVIVI??填充因子填充因子FF為太陽能電池的重要表征參數(shù)。為太陽能電池的重要表征參數(shù)。FF越大。說明電池對太陽能的利用率越高。越大。說明電池對太陽能的利用率越高。

10、FF取決于入射光強(qiáng)，材料的禁帶寬度，理想系數(shù)，串聯(lián)電阻，并聯(lián)電阻等。決于入射光強(qiáng)，材料的禁帶寬度，理想系數(shù)，串聯(lián)電阻，并聯(lián)電阻等。太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率η定義為其最大輸出功率與照射到太陽能電池的總輻射能太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率η定義為其最大輸出功率與照射到太陽能電池的總輻射能P之比。比。(7)100%MPP???它與入射光的波長和電池的材料有關(guān)。它與入射光的波長和電池的材料有關(guān)。實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器硅太陽能電池、硅太陽能電池、60W白熾燈、電阻箱

11、、數(shù)字萬用表、穩(wěn)壓電源。白熾燈、電阻箱、數(shù)字萬用表、穩(wěn)壓電源。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1無光照時，在正向偏壓下測量硅光電池的伏安特性。無光照時，在正向偏壓下測量硅光電池的伏安特性。按圖（按圖（7）接電路，無光照時，硅光電池在正向偏置電壓下的導(dǎo)通性質(zhì)類似普通二極）接電路，無光照時，硅光電池在正向偏置電壓下的導(dǎo)通性質(zhì)類似普通二極管。偏壓由管。偏壓由0.6~2.0V，注意在，注意在V較大時，測得密一些，將數(shù)據(jù)記入表較大時，測得密一些，將數(shù)據(jù)記入表1。