"实验十九太阳能电池特性测试"
太阳能电池是人类一种最重要可再生能源，地球上几乎所有能源如：生物质能、风能、水能等都来自太阳能。利用太阳能发电方式有两种:一种是光—热－电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。其中，光-电直接转换方式是利用半导体器件的光伏效应进行光电转换的，称为太阳能光伏技术，而光－电转换的基本装置就是太阳能电池。
太阳能电池根据所用材料的不同可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池。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。硅太阳能电池 又分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位,但单晶硅成本价格高。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉,而效率高于非晶硅薄膜电池。非晶硅薄膜太阳能电池成本低,重量轻,转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力，但稳定性不高,直接影响了实际应用。
太阳能电池的应用很广，已从军事、航天领域进入了工业、商业、农业、通讯、家电以及公用设施等部门,尤其是在分散的边远地区、高山、沙漠、海岛和农村等得到广泛使用。目前,中国已成为全球主要的太阳能电池生产国，主要分布在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。
实验目的：
1. 熟悉太阳能电池的工作原理；
2. 太阳能电池光电特性测量。
实验原理：
（１）太阳能电池板结构以硅太阳能电池为例:结构示意图如图 1。硅太阳电池是以硅半导体材料制成的大面积 PＮ结经串联、并联构成,在 N 型材料层面上制作金属栅线为面接触电极，背面也制作金属膜作为接触电极,这样就形成了太阳能电池板。
（２）光伏效应当—N 结耗尽区存在着较强的内建静电场，因而产生在耗尽区中的电子和空穴,在内建静电场的作用下,各向相反方向运动,离开耗尽区,结果使 P 区电势升高，N 区电势降低,Ｐ－Ｎ结两端形成光生电动势，这就是Ｐ－N 结的光生伏特效应。
（３）太阳能电池的特性参数太阳能电池工作原理基于光伏效应．当光照射到太阳能电池板时，太阳能电池能够吸收光的能量,并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管，其正向偏压与通过的电流的关系为：
（１）
（２）当太阳能电池短路时,我们可以得到短路电流为 ISC，当太阳能电池开路时，我们可以得到开路电压为 UOC。当太阳能电池接上负载 R 时,所得到的负载 U—Ｉ特性曲线如（图二）所示,负载 R 可从零至无穷大，当负载为Ｒ m 时，太阳能电池的输出功率最大,它对应的最大功率为 Pm：
（３）
FF 为太阳能电池的重要特性参数，F Ｆ越大则输出功率越高。FF 取决于入射光强、材料禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等。
（４）太阳能电池的转换效率 η 定义为太阳能电池的最大输出功率与照射到太阳能电池的总辐射能 P ｉn之比：
实验仪器及用具：
TH Ｑ T Ｎ－1 型 太阳能电池特性测试实验仪。
实验内容与步骤：
（１）测量太阳能电池无光照时的伏安特性（直流偏压从 0～2V）
（２）在不加偏压时，用白炽灯光照射，测量太阳能电池特性（４片串联负载特性更明显）
（３）电池的串联和并联电池串联输出电流不变，电压相加。电池并联输出电压不变，电流相加。
数据处理：
光功率 Pin为单位面积的入射光强 J×太阳能电池有效面积;本实验仪所用太陽能电池单片有效面积为 20 ６ 0mm2；表格自拟。
实验思考与讨论：
１. 什么是光伏效应？
２. 太阳能电池的工作原理是什么？
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