太阳能电池的串并联接法

1、东华理工大学物理实验报告班级：姓名:同组人：日期:设计性试验学号：成绩：一、实验题目研究太阳能电池的串并联接法，作出输出功率随负载电阻变化的关系图。二、实验目的1 .学会并掌握太阳能电池的串并联接法。2 .测量并作出太阳能电池输出功率随负载电阻变化的关系曲线图。三、实验仪器THQTN-1型太阳能电池特性测试实验仪，白炽灯。四、实验原理、原理图1 .太阳能电池的结构晶体硅太阳能电池以硅半导体材料制成大面积PN结进行工作。一般采用同质结的结构，在N型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极。在整个背面也制作金属膜，作为背面欧姆接触电极。这样就形成了晶体硅太阳能电池。为了减少光的反射损失，一般在整个表面

2、上再覆盖一层减反射膜。2 .光伏效应当光照射在距太阳能电池表面很近的PN结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度Eg,则在P区、N区和结区光子会被吸收产生电子-空穴对。在P区与N区交界面的两侧即结区，存在一空间电荷区。在这电荷区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由N区指向P区，这个电场称为内建电场。这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向P区。同样，如果在结附近P区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速拉向N区。结区内产生的电子一空穴对在内建电场的作用下分别移向N区P区。如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在PN结附近，使P区获

3、得附加正电荷，N区获得附加负电荷，这样在PN结上产生一个光生电动势，这一现象称为光伏效应（PhotovoltaicEffect,缩写为PV）。3 .太阳能电池的表征参数太阳能电池的工作原理是基于光伏效应。当光照射太阳能电池时，将产生一个由N区到P区的光生电流同时，由于PN结二极管的特性，存在正向二极管电流%,此电流方向从P区到N区，与光生电流相反。因此，实际获得的电流4TM倍）T式中跖为结电压；%为二极管的反向饱和电流；为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的；n称为理想系数（n值），是表示PN结特性的参数，通常在12之间；q为电子电荷；k为波尔茨曼常数

4、；T为温度。如果忽略太阳能电池的串联电阻二，"既为太阳电池的端电压U,则式可写为酊当太阳能电池的输出端短路时，Ul=0（%=0）,由式可以得到短路电流即太阳能电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比。当太阳能电池的输出端开路时，I=0,由式和式可以得到开路电压“尸轲M当太阳能电池接上负载R时，所得的负载伏一安特性曲线如图所示：负载R可以从零到无穷大。当负载R=R七使太阳能电池的输出功率为最大时，它对应的最大功率及为Pm二式中11n和心分别为最佳工作电流和最佳工作电压。将跖和心的乘积与最大功率%之比定义为填充因子FF,则FF=-=-3品%&工FF为太阳电池的重要表征参数

5、，FF越大则输出的功率越高。FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等。五、可行性分析在试验过程中，白炽灯发光代替了太阳光从而起到了供能的作用。电池板有四块小板，其相当于四个电源。本实验采用四串、三串一并、两串两并、一串三并、四并这四种接法具有代表性同时也具有一定的合理性。在底座上有刻度，将电池板放在其上当移至某一刻度并且保持不动时，这保证了在试验过程中光的强弱对数据的影响。通过调节电阻箱的阻值从而使电路中的负载的阻值也不同，以至于得到太阳能电池输出功率随负载电阻变化的关系曲线图，从而达到实验的目的。电阻箱的阻值由高调至低这一过程中也起到了保护电路的作用。在连接电路时可

6、根据仪器位置的不同从而选用不同长度的导线。实验思路：想象不同的串并联结法V设计出测量太阳能电池输出功率的方法t通过调节电阻箱的阻值从而得到电流的数据T作出太阳能电池输出功率随负载电阻变化的关系曲线图。综上所述，该实验的思路简单，操作也比较方便，故具有较强的可行性。六、实验内容及步骤A（四串）B心T3C礴瞰口（一串三井）+i、连接电路图，如上图A所示。ii、在不加偏压时，用白色光源照射，测量太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持为30cm。iii、调节变阻箱，从9000开始递减，读出电流表和电压表的读数并且记录下来。iv、分别连接B、CDE电路图并且重复上述内容。v、分别绘制出输出功率P与负载R的关系曲线图。（五种）七、实验数据与数据处理结果1 .实验数据记录太阳能电池输出功率随负载电阻变化的关系曲线图ABCDE电阻R(Q)电流电压(V)功率g（W）电流h(A)A电压%v）功率电流L(A)0电压%(V)功率R,(W)1B电流L（A）电压4(V)功率匕（W）电流L(A)电压Us（v）功率（W）900080007000600050004000300025002000150010005002502 .通过对以上数据的分析，作出太阳能电池的输出功率随负载电阻变化的