太阳能电池探究亮特性光照强度关系 - 图文(3)

（2）氙灯光源

采用高压氙灯光源，高压氙灯具有太阳光相近的光谱分布特征。光源功率750W，出射光孔径为50nm；氙灯启动过程中有3分钟的腔体除湿，防止因空气湿度过大氙灯不能正常启动。启动过程中，光强档位必须放置在第6档才能启动，若光强档位选择不是第6档，会出现短促的报警声，此时只需把光强档位调整到第六档即可正常启动。实验时氙灯点亮后约30分钟稳定后再使用。 4.滤光片组

滤色片用于研究近似单色光作用下太阳能电池的光谱响应特性。滤光片共8种，中心波长分别为395nm、490nm、570nm、660nm、710nm、770nm、900nm、1035nm。

5.太阳能电池片组

（1）太阳能电池片组包括单晶硅、多晶硅和非晶硅，均采用普通商用硅太阳能电池片。本实验室在用的各组件的有效受光面积有30mm×30mm和28mm×25mm两种。

（2）在光照特性实验中，光强探测器用于测定入射光强度，已通过标准光功率计进行标准；在光谱特性实验中，光强探测器的光谱曲线是已知的。本实验室在用的光强探测器的有效受光面积有5.7mm×5.7mm和2.5mm×3.0mm两种。

（四）实验内容与步骤

1.内容：

温度控制在25℃，测量不同光强档位下太阳能电池片的I-V、P-V输出特性；研究开路电压、短路电流、填充因子和转换效率随光强如何变化。

2.实验步骤：（1）氙灯光源置于1档位，测量单晶硅电池片在全光谱照射下的I-V、P-V输出特性，记录开路电压、短路电流和最大输出功率，计算填充因子。

（2）依次调节档位2~6档，重复以上步骤。绘制单晶硅在不同光强下的I-V、P-V曲线，试说明随着光强的变化，其输出特性如何变化？为什么？

根据各光强Ee下得到的单晶硅电池片的开路电压Voc、短路电流Isc、最大输出功率Pm、转换效率η和填充因子FF。绘制Voc-Ee、Isc-Ee、Pm-Ee、η-Ee、FF-Ee关系曲线。试说明这些参数与光强之间的关系。

（五）注意事项

1.氙灯光源

（1）机箱内有高压，非专业人员请勿打开，否则易造成触电危险。 （2）机箱表面温度较高 ，请勿触摸，避免烫伤。

（3）请勿遮挡机箱上下进出风口，否则可能造成仪器损坏。 （4）氙灯工作时，请勿直视氙灯，避免伤害眼睛。 （5）眼睛向机箱内丢杂物。

（6）为保证使用安全，三芯电源线需可靠接地。 （7）仪器在不用时请与外电网相连的插头拔下。 2.氙灯电源

（1）为保证使用安全，三芯电源线需可靠接地。 （2）仪器在不用时请与外电网相连的插头拔下。

（3）氙灯启动时氙灯光强选择旋钮必须放到第6档，否则可能无法电亮氙灯。

（4）关机时，按下关机按钮15秒内氙灯未熄灭，说明仪器出现故障，应按下紧急开关按钮。 3.测试主机

（1）风扇在高速旋转时，严禁向内丢弃杂物。

（2）实验时请关闭顶盖，关闭顶盖是应注意安全，不要夹到手指。 （3）为保证使用安全，三芯电源线需可靠接地。

（4）请勿遮挡机箱风扇进出风口，否则可能造成仪器损坏。 （5）一起在不用时请将与外电网相连的插头拔下。

（6）温控开启后，若发现制冷腔散热器风扇未转应按下紧急开关按钮，待修。

4.实验配件

（1）太阳能电池板组件为易损部件，应避免挤压的跌落。

（2）光学镜头要注意防尘，注意不要刮伤表面。使用完毕后，应包装好置于镜头盒内。滤光片在强光下连续工作应小于30分钟，否则将损坏滤光片。

（六）实验结果及数据处理

1.不同档位的开路电压、短路电流和最大输出功率。

2.计算得不同档位的填充因子和转换效率

3.绘制单晶硅在不同光强下的I-V、P-V曲线

4绘制Voc-Ee、Isc-Ee、Pm-Ee、η-Ee、FF-Ee关系曲线。

（七）实验结论

当光强为3433.56—10617.33W/时，随着光照强度E增大，太阳能电池的短路电流增大，短路电流Isc正比于入射光强度。短路电流等于光生电流。光强=nhv,n为光子数，如果入射光子能量大于等于半导体的禁带宽度，那么这些光子就会被材料吸收，在PN结产生电子空穴对。尽管光生载流子对多数载流子影响很小，但是对少数载流子产生显著影响。主要体现就是光生少子，在内建电场驱动下定向产生电流，即光生电流，并且定向运动与扩散运动相反，减弱了扩散运动的强度，PN结势垒高度降低，而光子数的增加也会加剧这种影响，进而使得光生电流增大，即短路电流也增大。

随着光照强度E增大，开路电压Voc随着入射光强度对数增大。此外，从太阳能电池的工作原理考虑，开路电压Voc不会随着入射光强度增大而无限增大，它的最大值是使得pn结势垒高度为零时的电压值。换句话说，太阳能电池的最大光生电压为pn结的势垒对应的电势差VD，是一个材料带隙、掺杂水平等有关的值。实际情况下，开路电压值Voc与Eg/q相当。

最大输出功率随光强增大而增大。由于光强变化的速度快与Pm，效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。

填充因子随着光强的增加减小。

三、小结

本次实验测量同一温度下，单晶硅电池片在全光谱照射下的I-V、P-V输出特性，研究开路电压、短路电流、填充因子和转换效率随光强如何变化。通过本次实验了解到了太阳能电池目前的发展现状、太阳能电池的基本工作原理，增强了数据收集与处理的能力，也锻炼了撰写论文的能力。

四、致谢

感谢李俊来老师在实验过程及论文编写方面的悉心指导。

五、参考文献

[1]吴国盛 太阳能电池的温度和光强特性研究

[2]太阳能光伏电池实验（实验指导及操作说明书）

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