太阳能电池特性与应用研究

太阳能电池特性与应用研究基础物理实验教学中心Tuesday,August11,2026太阳能电池简介太阳能是一种新型、清洁、“绿色”能源。在阳光明媚的天气里，太阳向地球表面辐射功率约为1000W/m2，如果我们将这些能量收集起来，就可以轻松为住宅和办公室提供电力。

太阳能电池简介核聚变（人造太阳）进展：2025年1月，全超导托卡马克核聚变实验装置成功实现了上亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行。2025年10月1日合肥BEST装置的杜瓦底座精准落位，预计2030年实现核聚变发电。托卡马克装置示意图2025年10月1日合肥BEST的杜瓦底座精准落位太阳能电池简介太阳能电池（solarcells）也称为光伏电池，是将太阳辐射能直接转换成电能的器件。

太阳能电池的应用:太阳能电池计算器、地面及卫星太阳能电池板太阳能电池简介屋顶太阳能发电并网系统风力发电和太阳能发电互补系统1.了解太阳能发电系统的组成及工程应用。2.测量太阳能电池的暗伏安特性。3.测量太阳能电池的开路电压、短路电流和光强之间的关系。4.测量太阳能电池输出伏安特性。实验目的实验仪器可变负载光强探头实验仪器测试仪面板一、PN结的形成过程实验原理N型半导体形成：本征半导体硅（Si）中掺入五价杂质原子，如磷（P）。载流子：自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。简化图

一、PN结的形成过程实验原理P型半导体形成：本征半导体硅（Si）中掺入三价杂质原子，如硼（B）等。载流子：空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。简化图

载流子浓度差复合内电场阻碍多子扩散帮助少子漂移扩散漂移动态平衡内电场多子扩散产生空间电荷区P区N区PN结稳定一、PN结的形成过程空穴电子实验原理实验原理二、太阳能电池结构当PN结受光照后，半导体吸收光能产生带正电和负电的粒子（空穴和电子），在内建电场作用下，电子朝N型半导体汇集，而空穴则朝P型半导体汇集。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，这种现象称为光伏效应。实验原理三、光伏效应太阳能电池发电原理示意图实验原理四、太阳能电池的表征参数当太阳能电池接上负载R时，负载的伏－安特性曲线如右上图所示。太阳能电池的伏–安特性曲线负载R可以从零到无穷大。负载为零时测得的最大电流Isc称为短路电流，负载断开时测得的最大电压Uoc称为开路电压。当负载R＝Rm使太阳电池的输出功率为最大时，它对应的最大功率Pmax为式中Im和Um分别为最佳工作电流和电压。太阳能电池的输出特性

实验原理四、太阳能电池的表征参数

将最大功率Pmax与Uoc和Isc的乘积之比定义为填充因子FF，则FF为太阳能电池输出特性的重要表征参数，FF越大则输出的功率越高，约在0.60~0.85之间。实验原理五、光伏发电系统的组成部分介绍（1）太阳能电池方阵由多块太阳能电池组件组合而成。（2）DC-DC

DC-DC为直流电压变换电路，DC-DC的作用为：当电源电压与负载电压不匹配时，通过DC-DC调节负载端电压，使负载能正常工作。（3）控制器控制器又称充放电控制器，起着保护蓄电池及整个光伏系统正常工作的作用。实验原理五、光伏发电系统的组成部分介绍（4）逆变器逆变器是将直流电变换为交流电的电力变换装置。（5）储能装置光伏系统常用的储能装置为蓄电池与超级电容器。蓄电池是提供和存储电能的电化学装置。光伏系统使用的蓄电池多为铅酸蓄电池。超级电容器通过极化电解质来储能，它由悬浮在电解质中的两个多孔电极板构成。实验内容一、测量太阳能电池的暗伏安特性电压(V)012345678电流(mA)

电压(V)0-1-2-3-4-5-6-7-8电流(mA)

可变负载ＲR取100欧实验内容二、开路电压、短路电流与光强关系测量位置12345辐射照度(W/m2)

开路电压Uoc(V)

短路电流Isc(mA)

光源高度每次降低1厘米，分别测量光强、开路电压、短路电流值。实验内容三、测量太阳能电池输出伏安特性旋松光源止动螺钉，调节光源高度至最高，然后拧紧止动螺钉，整个实验过程中该高度不再改变。按图a连接电路，测量开路电压Uoc。按图b连接电路，测量短路电流Isc。Uoc=

Isc

=

实验内容三、测量太阳能电池输出伏安特性按图接线，以负载组件作为太阳能电池的负载。实验时先将负载组件逆时针旋转到底，然后顺时针旋转负载组件旋钮改变R值，观测太阳能电池的输出电压U和电流I。负载组件实验内容三、测量太阳能电池输出伏安特性

输出电压U

(V)1234567891010.511输出电流I(mA)

【预习题】

1、简述太阳能电池的