太阳电池伏安特性的测量实验报告Word文档格式.docx
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第一部分实验原理的重新表述.......................................................................................................1
一、实验要求...................................................................................................................................1
二、实验原理...................................................................................................................................1
1.太阳能电池的分类................................................................................................................1
2.p-n结.....................................................................................................................................1
3.禁带宽度................................................................................................................................2
4.太阳能电池的伏安特性曲线及相关特性参数....................................................................2
5.太阳能电池的基本原理........................................................................................................4
6.太阳能电池器件的等效电路................................................................................................4
第二部分实验内容及操作详细流程...............................................................................................5
三、仪器介绍...................................................................................................................................5
四、实验内容及操作详细流程.......................................................................................................7
1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量........................................................................................7
2.开路电压，短路电流与光强关系测量................................................................................7
3.太阳能电池输出特性实验....................................................................................................8
4.注意事项................................................................................................................................8
第三部分数据的重新处理与深入思索...........................................................................................9
五、太阳能电池基本特性测量.......................................................................................................9
1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量........................................................................................9
2.开路电压、短路电流与光强关系测量..............................................................................10
3.太阳能输出特性试验..........................................................................................................12
六、实验误差分析.........................................................................................................................14
七、实验课后思考题.....................................................................................................................14
第四部分讨论.................................................................................................................................15
八、影响太阳能电池转换效率的因素.........................................................................................15
九、实验方法的比较与改进.........................................................................................................15
1.传统的太阳能电池伏安特性测量方法..............................................................................15
2.利用计算机和Labcoder数据采集分析系统改进实验.....................................................16
3.利用Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机改进实验......................................................................18
十、禁带宽度的测量.....................................................................................................................19
1.测量原理..............................................................................................................................19
2.测量方法..............................................................................................................................19
十一、实际p-n结与理想模型之间的差别.................................................................................20
p-n结的伏安特性分析及等效电路......................................................................................20
十二、实验感想与体会.................................................................................................................221.课前认真地预习..................................................................................................................22
2.做好课堂操作......................................................................................................................23
3.掌握好一些基本的数据处理方法。
..................................................................................23
参考文献.........................................................................................................................................24
第一部分实验原理的重新表述
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.太阳能电池的分类
根据不同的方式可以对太阳能电池进行相应分类:
太阳能电池的种类根据所用材料分硅基太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池以及染料敏化太阳能电池。
其中硅太阳能电池包括单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池以及非晶硅薄膜太阳能电池。
化合物薄膜太阳能电池包括砷化嫁m-V化合物太阳能电池、硒化福太阳能电池和铜锢硒太阳能电池等等。
有机太阳能电池又分为有机小分子太阳能电池和聚合物太阳能电池。
本文的分析是建立在硅太阳能电池的基础上的。
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24.7%，规模生产时的效率可达到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可达到10%。
因此，多晶硅薄膜电池可能在未来的太阳能电池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，便于大规模生产，有极大的潜力。
如果能进一步解决稳定性及提高转换率，无疑是太阳能电池的主要发展方向之一。
2.p-n结
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，
几乎没有空穴。
当两种半导体结合在一起形成p-n
空间电荷区图1半导体p-n结示意图
结时，n区的电子（带负电）向p区扩散，p区的空穴（带正电）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。
当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子－空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向n区和p区，使n区有过量的电子而带负电，p区有过量的空穴而带正电，p-n结两端形成电压，这就是光伏效应，若将p-n结两端接入外电路，就可向负载输出电能。
3.禁带宽度
禁带宽度（bandgap）是指一个能带宽度（单位是电子伏特（ev）），固体中电子的能量是不可以连续取值的，而是一些不连续的能带，要导电就要有自由电子存在，自由电子存在的能带称为导带（能导电），被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。
禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。
半导体价带中的大量电子都是价键上的电子（称为价电子），不能够导电，即不是载流子。
只有当价电子跃迁到导带（即本征激发）而产生出自由电子和自由空穴后，才能够导电。
空穴实际上也就是价电子跃迁到导带以后所留下的价键空位（一个空穴的运动就等效于一大群价电子的运动）。
因此，禁带宽度的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量，也就是产生本征激发所需要的最小能量。
当光照射在距太阳能电池表面很近的p-n结时,只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度?
?
，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对.这些光生电子和空穴通过扩散以及p-n结内建电场的作用,积累在p-n结附近,使p区获得附加正电荷,n区获得附加负电荷,在p-n结上产生一个光生电动势。
能量大于半导体材料的禁带宽度的光子可以使太阳能电池产生光电流,光电流的大小
?
∝?
（?
）?
式中,n（γ）是光子数随波长分布的函数,λc是滤色片的截止波长,λ0是能产生光电流的最大波长.当n（γ）为一常量时,有
0?
4.太阳能电池的伏安特性曲线及相关特性参数
当太阳能电池在一定的入射光照射下时，可以测得一个端电压和电路中通过负载的工作电流的关系曲线，即太阳能电池的输出特性曲线，称为太阳能电池的伏安特性曲线，如图2所示。
曲线在I轴上的截距为短路电流I?
，在v轴上的截距为开路电压V?
。
图2太阳能电池福安特性曲线
太阳能电池单体的主要特性参数为短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率，下面结合太阳能电池器件的伏安特性曲线来分别介绍其具体含义:
短路电流（I?
）:
太阳能电池在短路条件下的工作电流称为短路电流（I?
）。
此时，电池器件输出电压为零。
开路电压（V?
太阳能电池在开路条件下的输出电压称为开路电压（V?
此时，电池的输出电流为零。
填充因子（F?
F）:
第四象限中任一工作点的输出功率等于图所示的矩形面积?
1。
其中一个特定工作点（V?
，I?
）会使输出功率（p?
）最大。
填充因子F?
F的定义为
F?
F?
pmax
Voc?
Isc
V实用太阳能电池的填充因子应该在0.6以上。
光电转换效率（pce）:
太阳能电池的光电转换效率（pce）是太阳能电池单
位受光面积的最大输出功率（p，n）与入射的太阳光能量密度（pin）的比值。
pI?
Voc?
FF?
s（%）?
max?
sc
pinpin
pin为入射到太阳能电池表面的光功率。
理论分析及实验表明，在不同的光照条件下，短路电流随入射光功率线性增长，而开路电压在入射光功率增加时只略微增加，如图3所示。
篇二：
太阳能电池特性研究_实验报告参考
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（仪器名称、型号、参数、编号）三实验原理（原理文字叙述和公式、原理图）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（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等）八.思考题
篇三：
电路元件伏安特性的测量（实验报告答案）
实验一电路元件伏安特性的测量
一、实验目的
1．学习测量电阻元件伏安特性的方法；
2．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法；
3．掌握直流稳压电源和直流电压表、直流电流表的使用方法。
在任何时刻，线性电阻元件两端的电压与电流的关系，符合欧姆定律。
任何一个二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压u与通过该元件的电流I之间的函数关系式I＝f（u）来表示，即用I－u平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为电阻元件的伏安特性曲线。
根据伏安特性的不同，电阻元件分为两大类：
线性电阻和非线性电阻。
线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1（a）所示。
该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定，其阻值R为常数，与元件两端的电压u和通过该元件的电流I无关；
非线性电阻元件的伏安特性曲线不是一条经过坐标原点的直线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的。
常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性曲线如图1-1（b）、（c）、（d）所示。
在图1-1中，u＞0的部分为正向特性，u＜0的部分为反向特性。
（a）线性电阻（b）白炽灯丝
绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，电阻元件在不同的端电压u作用下，测量出相应的电流I，然后逐点绘制出伏安特性曲线I＝f（u），根据伏安特性曲线便可计算出电阻元件的阻值。
三、实验设备与器件
1.直流稳压电源1台2.直流电压表1块3.直流电流表1块4.万用表1块5.白炽灯泡1只6.二极管1只7.稳压二极管1只8.电阻元件2只
四、实验内容
1．测定线性电阻的伏安特性按图1-2接线。
调节直流稳压电源的输出电压u，从0伏开始缓慢地增加（不得超过10V），在表1-1中记下相应的电压表和电流表的
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