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实验 62 太阳能电池特性研究
根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合
物太阳能电池，有机太阳能电池等。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。本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅 3 种太阳能电池的特性。
【实验目的】
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
【实验原理】
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 N
面 P-N 结，图 1 为 P-N 结示意图。
势垒电场方向 空间电荷区
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
P
有空穴。当两种半导体结合在一起形成
P-N 结时， N
图 1
半导体 P-N 结示意图
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。
在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与输出电流，得到输出伏安特性，如图 2 实线所示。
负载电阻为零时测得的最大电流 I SC 称为短路电流。
负载断开时测得的最大电压
V OC 称为开路电压。
太阳能电池的输出功率为输出电压与输
Pmax
输出电流 I
出电流的乘积。同样的电池及光照条件，负载电
（输出功率）
阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。若以
ISC
输出电压为横坐标，输出功率为纵坐标，绘出的
P-V 曲线如图 2 点划线所示。
输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大
输出功率 Pmax 。
填充因子 定义为：
VOC 输出电压 V
Pmax
图 2
太阳能电池的输出特性
F F
（ 1）
Voc I sc
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