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第卷第期物理实验
24 11 Vol. 24 No. 11
2004 年 11 月 PHYSICS EXPERIMEN TA TION Nov. ,2004
太阳能电池基本特性测定实验
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茅倾青,潘立栋,陈骏逸,陆申龙
(复旦大学物理系,上海 200433)
摘要:对传统的“太阳能电池伏安特性测量”实验进行改进,利用光功率测定仪和滤色片,定量分析在不同光强照
射下以及在不同截止波长的光照射下,太阳能电池特性参量的变化规律,并测量了半导体材料的禁带宽度.
关键词:太阳能电池;开路电压;短路电流;填充因子;禁带宽度
中图分类号:O472. 3 文献标识码:A 文章编号:1005 4642 (2004) 11 0006 03
Ue
I = I - I = I - I [exp - 1 ] (2)
1 引言 Ph d Ph 0 nk T
太阳能电池的利用和太阳能电池特性的研究当太阳能电池的输出端短路时, 即 U = 0 , 由(2)
式可得到短路电流当太阳能电池的输
是 21 世纪的热门课题,许多国家正投入大量人力 ISC = I Ph ;
[1 ] 出端开路时即可推得开路电压正
物力对太阳能接收器进行研究. 为此笔者尝试, I = 0 , U OC.
常运行时比高几个数量级因此式中
在普通物理实验中开设太阳能电池的特性研究. , I Ph I0 , (2)
的可以忽略
在传统的特性参量测量基础上,采用光功率测定 1 .
当太阳能电池接上负载电阻后太阳能电池的
仪,定量分析太阳能电池在不同光强照射下,特性,
输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化当负
参量的变化规律;采用滤色片测定并分析不同截,
载电阻时太阳能电池的输出功率为最
止波长的光对太阳能电池的特性参量的影响. 在 R = Rm ,
此基础上提出一测量半导体材料禁带宽度的方大,即最大功率,对应电压 Um 和电流 Im ,可知
法,并测量、比较了不同半导体材料的禁带宽度. Pm = Im U m (3)
填充因子是表征太阳能电池质量好坏的一个
2 原理
指标,将最大功率 Pm 和 U OC与 ISC之积的比值定
太阳能电池的主要结构为 PN 结. 理想 PN 义为填充因子 FF ,即
结的电流和电压关系由下式[2 ]给出 Pm
FF = (4)
U I
Ue OC SC
I = I [exp - 1 ] (1)
d 0 nk T 能量大于半导体材料的禁带宽度的光子可以
式中, I0 是无光照时的反向饱和电流, U 是结上使太阳能电池产生光电流,光电流的大小为
λ
的电压, e 是电子电荷, k 是玻尔兹曼常量, T 表 0
I Ph ∝ N (λ) dλ(5)
∫λ
示热力学温度. 当光照射在太阳能电池表面的 c
PN 结上时, 只要入射光子的能量大于半导体材式中, N (λ) 是光子数随波长分布的函数,λc 是滤
料的禁带宽度, 则光子将被太阳能电池吸收而产色片的截止波长,λ0 是能产生光电流的最大波
生电子空穴对. 以恒定速率产生的电子空穴对长. 当 N (λ) 为一常量时,有
提供了通过结的电流. 太阳能