太阳能电池基本特性研究实验报告

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划太阳能电池基本特性研究实验报告实验报告课程名称大学物理实验实验项目专业班级姓名学号指导教师成绩日期200年月日实验报告内容一实验目的二实验仪器三实验原理四.实验步骤五、实验数据和数据处理六.实验结果七.分析讨论八.思考题太阳能电池基本特性测定实验太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。太阳能电池根据所用材料的不同，可分为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23,规模生产时的效率为15。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18,工业规模生产的转换效率为10。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。【实验目的】1.无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线；2.有光照时，测量电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出IU曲线图；并测量太阳能电池的短路电流ISC、开路电压UOC、最大输出功率Pmax及填充因子FF；3.测量太阳能电池的短路电流ISC、开路电压UOC与光照度L的关系，求出它们的近似函数关系。【实验仪器】白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关连接导线若干【实验原理】太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光伏效应太阳能电池的工作原理。在没有光照时,可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U与通过的电流I的关系为qUnKTII0e11其中I0是二极管的反向饱和电流,n是理想二极管参数,理论值为1。K是玻尔兹曼常量,q为电子的电荷量,T为热力学温度。由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为ECEV的半导体所构成。EC为半导体导电带，EV为半导体价电带。当入射光子来自写论文网太阳能电池基本特性研究实验报告能量大于能隙时，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。图1光伏效应示意图太阳能电池的基本技术参数除短路电流ISC和开路电压UOC外,还有最大输出功率Pmax和填充因子FF。最大输出功率Pmax也就是IU的最大值。填充因子FF定义为FFPmaxSCUOC2FF是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。FF值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。【实验内容及步骤】1.在没有光源的条件下，测量单晶硅太阳能电池正向偏压时的IU特性连接电路图。图2IU特性测量电路利用测得的正向偏压时IU关系数据，画出IU曲线并求出常数q和I0的值。2.在不加偏压时，用白色光照射，测量多晶硅太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持为20cm连接电路图。图3恒定光源太阳能电池特性实验测量电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出IU曲线图。求短路电流ISC和开路电压UOC。求太阳能电池的最大输出功率及最大输出功率时负载电阻。计算填充因子FFPmaxSCUOC3.测量太阳能电池的光电效应与电光性质改变太阳能电池到光源的距离，用光照度计测量该处的光照度L，测量太阳能电池接受到不同光照度L时，相应的ISC和UOC的值。设计测量电路图，并连接。测量太阳能电池接受到不同光照度L时相应的ISC和UOC的值。描绘ISC和与光照度L之间的关系曲线，求ISC与光照度L之间的近似关系函数。描绘UOC和与光照度L之间的关系曲线，求UOC与光照度L之间的近似关系函数。【数据记录及处理】1全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性测量连接电路如图2，结果填入表1。IU用坐标纸画出太阳能电池正向偏压时的IU特性曲线，并求出常数和I0的值ImAUV2.在不加偏压时，把太阳能电池板倒扣在投影仪玻璃面上，紧贴投影仪玻璃面，测量不同负载时太阳能电池的输出电流与太阳能电池的输出电压的关系。并测量短路电流ISC和开路电压UOC,计算最大输出功率Pmax和填充因子FF。连接电路如图3，结果填入表2。ISCUOCPmaxFF画出R-P曲线图，求出Pmax和对应的太阳能电池r.PmWR基础物理实验研究性报告太阳能电池特性测量及应用实验第一作者马原野第二作者张立新目录摘要错误未定义书签。一实验要求错误未定义书签。二实验原理5三实验仪器介绍6四、实验内容8五、数据处理11硅太阳能电池的暗伏安特性测量13单晶硅.错误未定义书签。多晶硅.错误未定义书签。非晶硅.错误未定义书签。开路电压，短路电流与光强关系测量14单晶硅.错误未定义书签。多晶硅.错误未定义书签。非晶硅.错误未定义书签。太阳能电池输出特性实验14单晶硅.错误未定义书签。多晶硅.错误未定义书签。非晶硅.错误未定义书签。六、实验经验与改进建议七、参考文献17摘要本实验以“太阳能电池特性测量”为主要内容，从太阳能电池的发展背景，到实验的基本原理与过程，最后进行了数据处理，并对试验中可能产生的误差进行了分析。我们根据实验情况总结了实验经验，并提出实验细则改进方案。本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性以及离网型应用系统。关键词太阳能电池输出特性暗伏安特性一、实验要求1太阳能电池的暗伏安特性测量2测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系3测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系4太阳能电池的输出特性测量二、实验原理1、太阳能电池太阳能电池利用半导体P-N结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面空间电荷区积平面P-N结，图1为P-N结示意图。P型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。N型半导体中有相当数量的自由电子，几图1半导体P-N结示意图乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N结时，N区的电子向P区扩散，P区的空穴向N区扩散，在P-N结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N结的净电流为零。在空间电荷区内，P区的空穴被来自N区的电子复合，N区的电子被来自P区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。