文档介绍：实验20 太阳能电池特性的测量
太阳能是一种新能源,对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前,太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法,一是利用热能产生蒸汽驱动发电机发电,二是太阳能电池。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。
太阳能电池也称光伏电池,是将太阳辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件与相配套的装置组成的太阳能电池发电系统具有不消耗常规能源、无转动部件、寿命长、维护简单、使用方便、功率大小可任意组合、无噪声、无污染等优点。世界上第一块实验用半导体太阳能电池是美国贝尔实验室于1954年研制的。经过50多年的努力,太阳能电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。目前太阳能电池的应用领域除人造卫星和宇宙飞船外,已应用于许多民用领域,如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。太阳能是一种清洁的“绿色”能源,因此世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。
【实验目的】
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,并求出它的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子;
、开路电压与相对光强的关系,求出它们的近似函数关系。
【预备问题】
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?普通电池在使用时正负极能否短路?
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?如何通过实验方法测量填充因子?
图20-1 太阳能电池结构图
【实验仪器】
太阳能电池特性实验仪(包括光具座、滑块、光源、太阳能电池、遮光板、光功率计、直流稳压电源、遮光罩、单刀双掷开关等)、万用表、电阻箱。
【实验原理】

以晶体硅太阳能电池为例,它以P型硅半导体材料作为基质材料,通过在表面的N型杂质扩散而形成PN结,N型半导体为受光面,为了减少光的反射损失,一般在整个表面覆盖一层减反射膜,在N型层上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能电池,如图20-1所示。

太阳能电池的发电过程可概括成如下四点:(1)收集太阳光和其他光使之照射到太阳能电池表面上。(2)太阳能电池吸收具有一定能量的光子,激发出光生载流子——电子-空穴对。(3)这些电性符号相反的光生载流子在太阳能电池PN结内建电场的作用下,电子-空穴对被分离,电子集中在一边,空穴集中在另一边,在PN结两边产生异性电荷的积累,从而产生光生电动势(,这一现象称为光伏效应)。(4)在太阳能电池PN结的两侧引出电极,并接上负载,则在外电路中有光生电流通过,从而获得功率输出,这样太阳能电池就把光能直接转换成了电能。
下面以单晶硅太阳能电池为例进行具体阐述。照到太阳能电池上的光线,一部分被太阳能电池上表面反射掉,另一部分被太阳能电池吸收,还有少量透过太阳能电池。在被太阳能电池吸收的光子中,只要入射光子的能量大于半导体禁带宽度的光子,在P区、N区和结区光子被吸收会产生光生电子-空穴对,也称光生载流子。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