肖樂(lè)樂(lè)+馬玲+高建華+段彬+游仁青+田曉倩+呂波

【摘要】 對(duì)單晶硅、多晶硅、非晶硅3種太陽(yáng)能電池的特性進(jìn)行研究，利用太陽(yáng)能基本特性實(shí)驗(yàn)儀，定量測(cè)量分析它們的暗伏安特性、開(kāi)路電壓與短路電流隨光強(qiáng)變化關(guān)系、光強(qiáng)一定時(shí)太陽(yáng)能輸出特性（電壓、電流、功率）、遮擋對(duì)太陽(yáng)能電池電池輸出的影響。

【關(guān)鍵詞】 太陽(yáng)能 電壓 電流 功率

引言：太陽(yáng)能是可再生資源，不但數(shù)量巨大，用之不竭，而且不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，所以應(yīng)用太陽(yáng)提供能源是必然趨勢(shì)。太陽(yáng)能電池主要有硅太陽(yáng)電池、化合物太陽(yáng)能電池、聚合物太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池等，其中硅太陽(yáng)能電池在應(yīng)用中占主導(dǎo)地位。前人對(duì)太陽(yáng)能電池基本特性的研究已經(jīng)比較完備：茅傾青利用光功率測(cè)定儀和濾色片，定量分析在不同光照照射下以及在不同截至波長(zhǎng)的光照射下，太陽(yáng)能電池特性參量的變化規(guī)律；袁鎮(zhèn)從太陽(yáng)能原理出發(fā)，論述了太陽(yáng)能電池特性的短路電流、開(kāi)路電壓和填充因子等以及外界條件對(duì)它們的影響。本實(shí)驗(yàn)利用太陽(yáng)能基本特性實(shí)驗(yàn)儀，運(yùn)用簡(jiǎn)單的電學(xué)公式，研究3種太陽(yáng)能電池的伏安特性、輸出特性。

一、原理太陽(yáng)能電池利用半導(dǎo)體P-N結(jié)受光照射時(shí)的

光伏效應(yīng)發(fā)電，太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積平面P-N結(jié)。P型半導(dǎo)體中有相當(dāng)數(shù)量的空穴，幾乎沒(méi)有自由電子。N型半導(dǎo)體中有相當(dāng)數(shù)量的自由電子，幾乎沒(méi)有空穴。當(dāng)兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成P-N結(jié)時(shí)，N區(qū)的電子（帶負(fù)電）向P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)的空穴（帶正電）向N區(qū)擴(kuò)散，在P-N結(jié)附近形成空間電荷與勢(shì)壘電場(chǎng)。勢(shì)壘電場(chǎng)會(huì)使載流子向擴(kuò)散的反方向做漂移運(yùn)動(dòng)，最終擴(kuò)散與漂移達(dá)到平衡，使流過(guò)P-N結(jié)的凈電荷為零。在空間電荷區(qū)內(nèi)，P區(qū)的空穴被來(lái)自N區(qū)的電子復(fù)合，N區(qū)的電子被來(lái)自P區(qū)的空穴復(fù)合，使該區(qū)幾乎沒(méi)有能導(dǎo)電的載流子，又稱(chēng)結(jié)區(qū)或耗盡區(qū)。

當(dāng)光電池受光照射時(shí)，部分電子被激發(fā)而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在結(jié)區(qū)激發(fā)的電子和空穴分別被勢(shì)壘電場(chǎng)推向N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)有過(guò)量的電子而帶負(fù)電，P區(qū)有過(guò)量的空穴而帶正電，P-N結(jié)兩端形成電壓，這就是光伏效應(yīng)，若將P-N結(jié)兩端接入外電路，就可向負(fù)載輸出電能。

二、實(shí)驗(yàn)方法

1、硅太陽(yáng)能的暗伏安特性測(cè)量。用遮光罩罩住太陽(yáng)能電池，測(cè)量在無(wú)光條件下，3種太陽(yáng)能電池在兩端電壓逐漸增大時(shí)的電流。繪制3種太陽(yáng)能電池的伏安特性數(shù)據(jù)與曲線

2、3種太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓與短路電流與光強(qiáng)關(guān)系的測(cè)量。將太陽(yáng)能電池與電流表串聯(lián)。調(diào)節(jié)光源到太陽(yáng)能電池的距離，以改變光強(qiáng)。分別放上單晶硅、多晶硅、非晶硅3種太陽(yáng)能電池。繪制3種太陽(yáng)能開(kāi)路電壓隨光強(qiáng)變化曲線。

3、遮擋對(duì)太陽(yáng)能電池輸出的影響。由于太陽(yáng)能電池工作電流接近短路電流，故可測(cè)量遮擋對(duì)短路電池的影響。將太陽(yáng)能電池與電流表串聯(lián)。遮擋太陽(yáng)能電池的不同面積，記錄短路電路。

三、結(jié)論

1、在無(wú)光情況下，單晶硅、多晶硅太陽(yáng)能電池開(kāi)始電流幾乎不隨電壓改變，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的電壓值，電流隨電壓增大很快。非晶硅太陽(yáng)能電池電流隨電壓增大而增大，速率先快后慢再快。

2、多晶硅、非晶硅兩種太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓隨光強(qiáng)增大，單晶硅電池開(kāi)路電壓有最大的開(kāi)路電壓，最大值兩端呈拋物線下降。三種太陽(yáng)能的短路電流隨光強(qiáng)的增大而增大。

3、太陽(yáng)能電池有最大功率點(diǎn)，最大功率為381.6mw。

4、橫向遮擋太陽(yáng)能電池，遮擋面積越大，電流越小?？v向遮擋太陽(yáng)能電池，遮擋面積達(dá)50%，電流趨近于零。

本文運(yùn)用簡(jiǎn)單的電學(xué)知識(shí)，對(duì)太陽(yáng)能電池的基本特性進(jìn)行了研究，對(duì)初步了解太陽(yáng)能有所幫助。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 茅傾青、潘立棟、陳俊逸、陸申龍.[太陽(yáng)能電池基本特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)]第三屆全國(guó)高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)2004.11

[2]袁鎮(zhèn)、賀立龍[太陽(yáng)能電池的基本特性]《現(xiàn)代電子技術(shù)》，1999年，第24卷

[3]苗建勛、李水泉、石發(fā)旺、曹萬(wàn)民、武金樓[太陽(yáng)能基本特性研究]《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究》，1996年，第4期