太陽能電池特性研究實驗報告,急!!!!!!!!!
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太陽能電池特性研究實驗報告思考題
1.一般需要再有效光照之上比如200W/㎡以上,光照強度和短路電流基本是成線性的, 2.太陽能電池當然可以短路,它跟普通電池的原理不一樣,不是內部反應產生電能,只是把射入的光轉化成電能的器件,可以理解為一個中間的轉換裝置.
太陽能電池基本特性測定總結
太陽能電池是利用半導體光生伏特效應( ( photovol2
taic effect) 做成的半導體器件,也是一種電離輻射效應的
應用。
太陽能電池( solar cell) 在太空中及地球上的應用均
非常廣泛,他提供了人造衛星長時期的動力供應,并且是
地球能量來源的一個重要選擇,因為他能以高轉換效率將
日光直接轉換成電能,能提供低成本而近乎永恒的動力,
且幾乎沒有污染[ 1 ,2 ] 。
1 太陽能電池的極性
硅太陽能電池的一般制成p + / n 型結構或n + / p 型
結構,如圖1 所示。
圖1 太陽能電池構形圖
其中,第一個符號,即p + 和n + ,表示太陽能電池正面
光照層半導體材料的導電類型;第二個符號,即n 和p ,表
示太陽能電池背面襯底半導體材料的導電類型。
太陽能電池的電性能與制造電池所用半導體材料的
特性有關。在太陽光或其他照射時,太陽能電池輸出電壓
的極性,p 型一側電極為正,n 型一側電極為負。
當太陽能電池作為電源與外電路連接時,太陽能電池
在正向狀態下工作。當太陽能電池與其他電源聯合使用
時,如果外電路的正極與電池的p 電極連接,負極與電池
的n 電極連接,則外電源向太陽能電池提供正向偏壓;如
果外電源的正極與電池的n 電極連接,負極與p 電極連
接,則外電源向太陽能電池提供反向偏壓。
2 太陽電池的性能參數
(1) 開路電壓
開路電壓uoc ,即將太陽能電池置于100 mw/ cm2 的
光源照射下,在兩端開路時,太陽能電池的輸出電壓值。
可用高內阻的直流毫伏計測量電池的開路電壓。
(2) 短路電流
短路電流isc ,就是將太陽能電池置于標準光源的照
射下,在輸出端短路時,流過太陽能電池兩端的電流。測
量短路電流的方法,是用內阻小于1 ω的電流表接在太陽
能電池的兩端。
(3) 最大輸出功率
太陽能電池的工作電壓和電流是隨負載電阻而變化
的,將不同阻值所對應的工作電壓和電流值做成曲線就得
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《現代電子技術》2007 年第16 期總第255 期 集成電路
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到太陽能電池的伏安特性曲線。如果選擇的負載電阻值
能使輸出電壓和電流的乘積最大,即可獲得最大輸出功
率,用符號pm 表示。此時的工作電壓和工作電流稱為最
佳工作電壓和最佳工作電流,分別用符號um 和im 表示,
pm = um im 。
(4) 填充因子
太陽能電池的另一個重要參數是填充因子ff ,他是
最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比:
ff =
pm
uoc isc
=
um im
uoc isc
(1)
ff 是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標, 是代表
太陽能電池在帶最佳負載時, 能輸出的最大功率的特性,
其值越大表示太陽能電池的輸出功率越大。ff 的值始終
小于l 。ff 可由下列經驗公式給出:
ff =
v oc – ln(v oc + 0. 72)
v oc + 1
(2)
式(2) 中v oc是歸一化的開路電壓,即uoc/ ( n kt/ q) 。
當v oc > 15 時,該公式的精度可達4 位有效數字[3 ] 。實際
上,由于受串聯電阻和并聯電阻的影響,實際太陽能電池
填充因子的值要低于上式所給出的理想值。
串、并聯電阻對填充因子有較大影響,如圖2 所示。
串聯電阻越大,短路電流下降越多,填充因子也隨之減少
的越多;并聯電阻越小,這部分電流就越大,開路電壓就下
降的越多,填充因子隨之也下降的越多。
圖2 串并聯電阻對填充因子的影響
(5) 轉換效率
太陽能電池的轉換效率指在外部回路上連接最佳負
載電阻時的最大能量轉換效率,等于太陽能電池的輸出功
率與入射到太陽能電池表面的能量之比:
η=
pm
pin
·
ff ·uoc ·isc
pin
(3)
地面用太陽能電池的測試標準為:大氣質量為am 1. 5 時
的光譜分布(具體規定可參見有關我國國家標準和國際標
準) ,入射的太陽輻照度為1 000 w/ m2 ,溫度為25 ℃。在
此條件下太陽能電池的輸出功率定義為太陽能電池的峰
瓦數,用符號表示為w p (peak watt) 。
太陽能電池的光電轉換效率是衡量電池質量和技術
水平的重要參數,他與電池的結構、結特性、材料性質、工
作溫度、放射性粒子輻射損傷和環境變化等有關。其中與
制造電池半導體材料禁帶寬度的關系最為直接。首先,禁
帶寬度直接影響最大光生電流即短路電流的大小。由于
太陽光中光子能量有大有小,只有那些能量比禁帶寬度大
的光子才能在半導體中產生光生電子空穴對,從而形
成光生電流。所以,材料禁帶寬度小,小于他的光子數量
就多,獲得的短路電流就大;反之,禁帶寬度大,大于他的
光子數量就少,獲得的短路電流就小。但禁帶寬度太小也
不合適,因為能量大于禁帶寬度的光子在激發出電子- 空
穴對后剩余的能量轉變為熱能,從而降低了光子能量的利
用率。其次,禁帶寬度又直接影響開路電壓的大小。開路
電壓的大小和p – n 結反向飽和電流的大小成反比。禁
帶寬度越大,反向飽和電流越小,開路電壓越高。
3 太陽能電池的伏安特性
圖3 是p – n 結太陽能電池的示意圖。他包含一個
形成于表面的淺p – n 結、一個條狀及指狀的正面歐姆接
觸、一個涵蓋整個背部表面的背面歐姆接觸以及一層在正
面的抗反射層。
圖3 硅p – n 結太陽能電池的示意圖
當電池暴露于太陽光譜時,能量小于禁帶寬度eg 的
光子對電池輸出并無貢獻。能量大于禁帶寬度eg 的光子
才會對電池輸出貢獻能量eg , 大于eg 的能量則會以熱的
形式消耗掉。因此,在太陽能電池的設計和制造過程中, 必
須考慮這部分熱量對電池穩定性、壽命等的影響。
太陽能電池的能帶、電路及等效電路如圖4 所示。其
中, rl 為電池的外負載電阻。把太陽能電池接上負載, 負
載中便有電流流過, 該電流稱為太陽能電池的工作電流,
也稱負載電流或輸出電流。負載兩端的電壓稱為太陽能電
池的工作電壓。
一個理想的太陽能電池,串聯電阻rs 很小,而并聯電
阻rsh 很大。由于rs 和rsh 是分別串聯和并聯在電路中的,
所以在進行理想的電路計算時,他們可以忽略不計。此時,
流過負載的電流為il 為:
il = i sc – i d (4)
采用單二極管模型,理想情況下太陽電池的電壓- 電
流特性(伏- 安特性) 可以寫為[ 4 ] :
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微電子技術袁 鎮等:太陽能電池的基本特性
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il = i sc – i0 equ/ a kt – 1 (5)
式(4) , (5) 中: id 為太陽電池的暗電流或漏電流,單位a ;
i0 為p – n 結的反向飽和暗電流,單位a ; q 為電子電荷,
單位c; k 為玻爾茲曼常數; t 為熱力學溫度, 單位k;
a 為常數因子(正偏電壓大時a 值為1 ,正偏電壓小時a
值為2) ; e 為自然對數的底。
圖4 太陽能電池的能帶圖、電路及等效帶路
研究表明,決定i0 大小的關鍵參數是半導體材料的
禁帶寬度eg ,以下的經驗公式給出了i0 的低限[5 ] :
i0 ≥1. 5 ×105exp ( – eg/ kt) (6)
在短路狀態下,u = 0 ,由式(5) 可得到:
il = isc (7)
在開路狀態下,且il = 0 時, 電壓u 即為uoc , 用式(8)
表示:
uoc =
a k t
q
ln
isc
i0
+ 1 (8)
式(8) 是開路電壓的表達式,表明要提高太陽電池的
開路電壓,必須提高短路電流和反向飽和電流的比值。
根據式(5) 和式(8) 做圖,可得到太陽能電池的伏- 安
關系曲線,如圖5 所示。這個曲線,可簡稱為i – u 曲線。
圖5 中,曲線1 ,是二極管的暗伏安關系曲線,即無光
照時太陽能電池的i – u 曲線;曲線2 ,是電池接受光照后
的i – u 曲線,他可由無光照時i – u 曲線向第4 象限位移
isc量得到。經過坐標變換,最后可得到常用的光照太陽
能電池的伏安特性曲線,如圖6 所示。
太陽能電池的伏安特性曲線顯示了通過太陽能電池
(組件) 傳送的電流與電壓在特定的太陽輻照度下的關系。
對于實際的太陽電池來說,必須考慮p – n 結的品質
和實際存在的串聯電阻rs ,并聯電阻r sh 。串聯電阻包括
擴散層的薄層電阻、基區材料本身的電阻、電極與半導體
的接觸電阻、電極的電阻等;并聯電阻包括p – n 結的漏
電阻及電池邊緣的漏電阻等,他是由硅片的邊緣不清潔或
體內的缺陷引起的。因此考慮串并聯電阻的影響后太陽
電池的伏- 安特性為:
il = isc – i0 eq(u+ il rs / nkt – 1 –
u + il rs
rsh
(9)
式中, n 稱為p – n 結的品質因子。
圖5 太陽能電池的 圖6 常用的太陽能電池
伏安關系曲線伏安特性曲線
在一定的光照下,太陽電池產生一定的電流isc ,其中
一部分是流過p – n 結的暗電流,另一部分是供給負載的
電流。故可把光照p – n 結看作是一個恒流源與理想二
極管的并聯組合,恒流源的電流就是最大的光生電流isc ,
流過理想二極管的電流即暗電流id , il 為流過負載電阻r
的電流。如圖4 (c) 所示。
4 結 語
本文從太陽能電池的結構、工作原理出發,論述了表
征太陽能電池特性的短路電流、開路電壓、填充因子和光
電轉換效率等參數以及外界條件對他們的影響。對于了
解太陽能電池的基本特性有很大的幫助,同時,對太陽能
電池的設計和測試也有一定的指導作用。
大學物理實驗 太陽能電池基本特性的測量 的 誤差分析
誤差分析: 一.系統誤差: (1).電流表與電壓表內阻以及導線內阻接觸電阻對實驗的影響; (2).最小二乘法擬合中對I0的忽略導致的誤差; (3).因為導線的接入導致遮光罩沒有完全密封; (4).萬用表及變阻箱造成的誤差. (5).導線的接入電阻. 二.隨機誤差: (1).萬用表讀數不穩定; (2).導線的接入電阻; (3).溫度及電源電壓的頻繁波動; (4).實驗臺面有微小振動導致光強并不恒定; (5).光源自身功率并非絕對恒定造成的誤差.
太陽能電池特性測試實驗的原理是什么?
太陽能電池特性有明特性和暗特性兩種.明特性是電池在標準光照條件下,電流電壓之間的變化關系.暗特性是電池在無光照條件下,電流電壓之間的變化關系.
測試太陽能電池在光照情況下的伏安特性
天空的日照不穩定的,用燈具照的話會好一些.
硅光電池特性的研究實驗體會和建議
1. 通過實驗直接測得的光譜響應為外量子效率,其中計入了電池正表面的反射損失和背面的投射損失.2. 可用輻射熱源與液氮系統設計變溫IV以及變溫QE測試實驗;可用調頻激光測試IV與QE獲得頻率響應3. 最簡單的方案是利用二極管設計單向通電電路.
太陽能電池基本特性測定實驗在不加偏壓時使用遮光罩時則么求短路電流
不加偏壓的話,使用低阻值負載(如50歐姆),測得的電流值可直接約等為短路電流.
太陽能電池特性
太陽能電池的外特性測量參數一般必然包括:Isc,Voc,FF,Tem..這些都是必然要測的,電路這里不是很容易就能給你說清楚的,工具呢就是用太陽光模擬器了,蓄電池的外特性就稍微簡單很多了,就是一般的蓄電池測試內容和方法,大致相同.
光電池特性研究實驗的數據處理方法。
一、實驗目的和內容 1.作出單色儀的校正曲線—單色儀的定標。2. 測定硅光電池的光譜響應—作出波長λ與硅光電池的靈敏度K′(λ)的校正曲線。 3. 設計簡單的光路和電路，測量、研究硅光電池的主要參數和基本特性。二、實驗基本原理光電池是一種光電轉換元件，它不需外加電源而能直接把光能轉換成電能。光電池的種類很多，常見的有硒、鍺、硅、砷化鎵、氧化銅、硫化鉈、硫化鎘等。其中最受重視、應用最廣的是硅光電池。它有一系列的優點：性能穩定，光譜范圍寬，頻率響應好，轉換效率高，能耐高溫輻射等。同時它的光譜靈敏度與人眼的靈敏度最相近，所以，它在很多分析儀器、測量儀器、曝光表以及自動控制檢測、計算機的輸入和輸出上用作探測元件，在現代科學技術中占有十分重要的地位。本實驗僅對硅光電池的光譜響應進行測量和研究，對其他基本特性和簡單應用作初步的了解。 硅光電池是一種p-N結的單結光電池，當光照射到P-N結時，由光激發的光生載流子的遷移，使P-N結兩端產生了光生電動勢，如果它與外電路中的負載接通，則負載電路中將有光電流產生。 (1)硅光電池的主要參數和照度特性 1)開路電壓曲線。硅光電池在一定的光照條件下的光生電動勢稱為開路電壓，開路電壓與入射光強照度Ee的特性曲線稱為開路電壓曲線，開路電壓可直接用電位差計讀出。(當所測電壓超過電位差計量程時，自行設法擴大量程) 2)短路電流曲線。在一定光照條件下，光電池被短路(負載電阻R=0)時，所輸出的光電流值稱為短路光電流。光電流密度Je與照度Ee的特性曲線稱為短路電流曲線。 3)試研究開路電壓、短路電流與受光面積的關系。 (2)硅光電池的負載特性 1)硅光電池的伏安特性與最佳匹配。隨著負載電阻的變化，回路中電流I和硅光電池兩端的電壓U相應地變化，稱為硅光電池的伏安特性。通過負載特性的研究，就可知道在某一負載電阻時其輸出功率最大，這稱為最佳匹配，所用負載電阻又稱為最佳匹配電阻。 2)硅光電池的內阻。從理論上可以推導出硅光電池的內阻Rs等于開路電壓除以短路電流?？梢杂^察到光照面積不同時，硅光片的內阻將發生變化。 (3)硅光電池的溫度特性(供選做參考)。硅光電池的開路電壓、短路電流隨溫度t變化的曲線表征了它的溫度特性。這種硅光電池的溫度漂移，直接影響到測量精度與控制精度。一般開路電壓隨溫度增加而迅速下降，路短電流隨溫度增加而緩慢上升。在具體應用和設計儀器時，應考慮溫度的漂移，要采取相應的措施進行補償。 (4)硅光電池的光譜響應特性 用光電法測量光的強度，光的能量時，一般是采用光電管、光電倍增管、硅光電池、半導體光電二極管、炭斗和熱電堆等光電器件。但這些器件各有它們的特點。使用時必需了解它的特性，它們對各波段的靈敏度如何？也就是它們的光譜響應怎么樣？ 國產的硅光電池靈敏度比較高，尤其在長波，靈敏度更高。但相對來說，在450納米以下的短波與長波比較它的靈敏相差很大，光譜響應比較差。因此，測定硅光電池的靈敏度是很重要的了。 實驗中采用2CR 型系列的硅光電池。并用熱電堆對各個波長的靈敏度比較均勻這個特點來作標準，求出硅光電池相對光譜靈敏度。 其做法是假設在某個波長，熱電堆的光譜靈敏度為K（λ），硅光電池的光譜靈敏度K′(λ)；單色儀的透過率為T（λ）；熱電堆與硅光電池的輸出信號大小分別為D（λ）和D′（λ）；光源（這里用白熾燈）的輻射能量的發射本領為E（λ）。它們的關系分別為： D（λ）= E（λ）K（λ）T（λ） （1） D′（λ）= E（λ）K′（λ）T（λ） （2）（1）和（2）兩式相除得： D（λ）/ D′（λ）= K（λ）/ K′（λ） （3）因為熱電堆的光譜響應均勻，即無選擇性，靈敏度基本上是一樣的。為此，我們用熱電堆作為標準，并假定它的光譜靈敏度為一個常數。為了計算方便，這里假定K（λ）等于1.則（3）式變為 K′(λ)= D′（λ）/ D（λ） (4)用這個關系式就可以求出硅光電池的相對光譜靈敏度即光譜響應。三、實驗用具與裝置圖 實驗用具：單色儀，ACⅡ型光電檢流計，經過穩壓的光源（白熾燈），硅光電池和熱電堆等。 裝置如下圖： S1和S2分別為單色儀的輸入和輸出狹縫。G為探測器（硅光電池或熱電堆）L為聚焦透鏡，它把白熾燈的光束聚焦成象在狹縫上。