太阳能电池基本特测定.doc

太阳能电池基本特性研究*（*）摘要：能源危机与环境污染是人类正面临的重大挑战, 开发新能源和可再生清洁能源是21 世纪最具决定影响的技术领域之一.太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源, 对太阳能电池的研究与开发变得日益重要.本文从太阳能电池的结构、工作原理出发，通过伏安法系统地论述了表征太阳能电池特性的短路电流、开路电压和填充因子等参数以及外界条件对他们的影响.关键字：太阳能电池; 短路电流; 开路电压; 填充因子; 转换效率引言： 太阳能电池是利用半导体光生伏特效应做成的半导体器件, 也是一种电离辐射效应的应用.太阳能电池能以高转换效率将日光直接转换成电能, 能提供低成本而近乎永恒的动力,且几乎没有污染，故而成为各国重点发展的清洁能源项目.对太阳能电池原理和基本特性的研究有助于我们了解和认识太阳能这种新兴清洁能源.原理简述:1. 太阳能电池的工作原理太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压与通过电流的关系式为： (1)其中是二极管的反向饱和电流,是理想二极管参数,理论值为1.是玻尔兹曼常量,为电子的电荷量,为热力学温度（）.太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压外, 还有最大输出功率和填充因子.最大输出功率也就是的最大值。填充因子定义为 (2)是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高. 由半导体理论，二极管主要是由能隙为的半导体构成，如图1所示.为半导体导电带，为半导体价电带.当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对.电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流.假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻与一个电阻所组成，如图所示.图中，为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流，为光照时通过太阳能电池内部二极管的电流.由基尔霍夫定律得： （3）（3）式中，I为太阳能电池的输出电流，U为输出电压.由（1）式可得， （4）假定和，太阳能电池可简化为图所示电路.这里，。在短路时，；而在开路时，； （5）（5）式即为在和的情况下，太阳能电池的开路电压和短路电流的关系式.其中为开路电压，为短路电流，而、是常数.2. 全暗条件下测量太阳能电池正向偏压时UI特性2.1 使用直流可调电源，测量电路如图4所示，连接时应注意电池的正负极性.2.2不断调节直流可调电源的电压得到正向偏压时的UI关系数据，画出UI图线.3. 恒定光照下太阳能电池在不加偏压时伏安特性3.1在不加偏压时，用光源照射，保持光源到太阳能电池距离为20cm，测量太阳能电池的特性，测量电路如图5所示. 3.2测量电池在不同负载电阻下，I对U变化关系，画出U-I曲线.3.3求短路电流和开路电压.3.4求太阳能电池的最大输出功率及电压.3.5计算填充因子.数据记录及处理1. 全暗条件下测量太阳能电池正向偏压时UI特性表1全暗情况下太阳能电池在外加偏压时UI特性数据记录U1(V)0.7001.2001.5121.8041.9192.1552.2442.307U2(V)0.0205 0.05620.0977 0.16240.19990.30330.35620.3994I(A)20.556.297.7162.4199.9303.3356.2399.4U1(V)2.3512.4122.4232.4572.4652.4732.4822.486U2(V)0.43260.48290.49270.52460.53340.54140.54960.5538I(A)432.6482.9492.7524.6533.4541.4549.6553.8由，当较大时，即.由最小二乘法，表中最后7点数据处理得=1.8589V-1 ,=5.4525A 相关系数r=0.9463.2. 恒定光照下太阳能电池在不加偏压时伏安特性表2恒定光照下太阳能电池在不加偏压时伏安特性数据记录WW2000.55752.751.5331 44002.9710.671.9906 3000.83002.742.2742 46002.9710.641.9014 4001.09702.722.9838 48002.9780.621.8464 6001.61002.664.2826 50002.9840.601.7904 8001.97602.494.9202 55002.9960.541.6178 10002.2842.275.1847 60003.0050.501.5025 12002.4652.045.0286 65003.0130.461.3860 14002.5841.844.7546 70003.0180.431.2977 16002.6681.664.4289 75003.0210.401.2084 18002.7261.514.1163 80003.0280.371.1204 20002.7701.383.8226 85003.0330.351.0616 22002.8101.273.5687 90003.0370.341.0326 24002.8391.183.3500 100003.0430.300.9129 26002.8621.103.1482 200003.0730.150.4610 28002.8851.032.9716 300003.0820.100.3082 30002.9020.962.7859 400003.0870.070.2161 32002.9170.912.6545 500003.0920.060.1855 34002.9280.862.5181 600003.0940.050.1547 36002.9390.812.3806 700003.0960.040.1238 38002.9480.772.2700 800003.0980.040.1239 40002.9570.732.1586 900003.0990.030.0930 42002.9630.702.0741 通过最小二乘法拟合曲线得出U=0时，短路电流=2.8731mA，最大输出功率 =5.1824mW,利用公式以及第一问求得的，得=3.3912V得出填充因子FF=0.5318.3.误差分析：3.1系统误差：(1) .电流表与电压表内阻以及导线内阻接触电阻对实验的影响；(2) .最小二乘法拟合中对的忽略导致的误差；(3) .因为导线的接入导致遮光罩没有完全密封；(4) .万用表及变阻箱造成的误差.(5).导线的接入电阻.3.2随机误差：(1).万用表读数不稳定；(2).导线的接入电阻；(3).温度及电源电压的频繁波动；(4).实验台面有微小振动导致光强并不恒定；(5).光源自身功率并非绝对恒定造成的误差.结语 本文从太阳能电池的结构、工作原理出发, 论述了表征太阳能电池特性的短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率等参数.对于初步了