太阳能电池与燃料电池

1、太阳能电池和燃料电池综合太阳能电池和燃料电池综合实验实验 一一 太阳能电池太阳能电池 1. 光生伏特效应 2. 太阳能电池无光照情况下的电流电压关系（暗特性） 3. 太阳能电池光照情况下的电流电压关系（光特性） 4. 太阳能电池的效率 二二 燃料电池燃料电池 1、燃料电池 2、水的电解 三. 实验设备实验设备1.光生伏特效应 常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn 结第第1章章 半导体器件半导体器件P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散运动扩散运动 (Diffuseness) 的结果是使空间电荷的结果是使空间电荷区逐渐加宽。区逐渐

2、加宽。内电场越强，就使漂移运内电场越强，就使漂移运动动 (Drift) 越强，而漂移运越强，而漂移运动使空间电荷区变薄。动使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽空间电荷区，也称耗尽层层(Depletion Region) 。该区没有载流子。该区没有载流子。扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+内电场内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。的厚度固定不变。EC为半导体电带，EV为半导体价电带光照作用下的pn

3、结2.太阳能电池无光照情况下的电流电压关系（暗特性）等价于一个理想的pn结,其电流电压关系为肖克莱方程:反向饱和电流：其中A、D、n、p和L分别为结面积、扩散系数、平衡电子浓度、平衡空穴浓度和扩散长度可以看出太阳能电池IV曲线不对称反向饱和电流反向饱和电流为：为：正向电流正向电流电压关系电压关系为：为：无论正向还是反向电流，对温度变化比较敏感无论正向还是反向电流，对温度变化比较敏感3.太阳能电池光照情况下的电流电压关系（光特性）考虑两种情况：1,R=0，这种情况下加载在负载电阻上的电压也为零，pn 结处于短路状态，此时光电池输出电流我们称为短路电流或者闭路电流Isc2,外电路处于开路状态,光电

4、流正好被正向结电流抵消，光电池两端电压Voc就是所谓的开路电压于是有4.太阳能电池的效率通常的占空系数在0.70.8 之间Si 太阳能电池的最大效率大致是28左右。对太阳能电池效率有影响的还有其它很多因素，如大气对太阳光的吸收、表面保护涂层的吸收、反射、串联电阻热损失等等。综合考虑起来，太阳能电池的能量转换效率大致在1015之间二二燃料电池燃料电池1、燃料电池它提供它提供氢离子氢离子（质子）从阳极到达阴极的通道，而（质子）从阳极到达阴极的通道，而电子或气体不能电子或气体不能通过通过催化层是将纳米量级的的催化层是将纳米量级的的铂粒子用化学或物理的方铂粒子用化学或物理的方法附着在质子交换膜表面，法附着在质子交换膜表面，厚度厚度约约0.03mm，对阳极氢，对阳极氢的氧化和阴极氧的还原起的氧化和阴极氧的还原起催化作用催化作用膜两边的阳极和阴极膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳纸或碳由石墨化的碳纸或碳布做成，布做成，厚度厚度0.20.5mm，导电性，导电性能良好，能良好，其上其上的微孔的微孔提供气体进入催化层提供气体进入催化层的通道，又称为扩散的通道，又称为扩散层。层。进入阳极的氢气通过电极上的扩散层到达质子交换膜阳极反应为:在电池的另一端，氧