太阳能电池特性测试实验报告

太阳电池特性测试实验
太阳能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电池。
太阳电池根据所用材料的不同可分为:硅太阳电池、多元化合物薄膜太阳电池、聚合物多层修饰电极型太阳电池、纳米晶太阳电池、有机太阳电池。其中,硅太阳电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池、多晶硅薄膜太阳电池和非晶硅薄膜太阳电池三种。单晶硅太阳电池转换效率最高,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、 通信、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,已经形成了各具特的太阳能产业集。
一、 实验目的
1. 熟悉太阳电池的工作原理; 2. 太阳电池光电特性测量。
二、 实验原理
(1) 太阳电池板结构
px90
以硅太阳电池为例: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,这样就形成了太阳电池板。为了减小光的反射损失,一般在表面覆盖一层减反射膜。                    (2) 光伏效应
精益管理当光照射到半导体PN 结上时,半导体PN 结吸
收光能后,两端产生电动势,这种现象称为光生伏特效应。由于P-N
结耗尽区存在着较强的
图1 太阳能电池板结构示意图
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) 太阳电池的特性参数
太阳电池工作原理基于光伏效应。当光照射到太阳电池板时,太阳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(0-=nKT
qV e
I I                              (1)
是二极管的反向饱和电流,称为理想系数,是表示PN 结特性的参数,通常为1。性学
是波尔兹曼常数,为电子的电荷量,为热力学温度。(可令nKT
q =β)
当太阳电池短路时,我们可以得到短路电流为I SC ,当太阳电池开路时,我们可以得到开路电压为U OC 。
当太阳电池接上负载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Rm 时,太阳电池的输出功率最大,它对应的最大功率为P m :
Pm=Im ×Um                                  (2)
上式中I m 和U m 分别为最佳工作电流和最佳工作电压,将V oc 与I sc 的乘积与最大输出功率P m 之
比定义为填充因子FF :
SC OC m
m SC OC m I U I
U I U P FF ==
(3)
FF 为太阳电池的重要特性参数,FF 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。
太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能P in 之比,即
%100⨯=
in
m
P P η                          (4)
图2 太阳电池的伏—安特性曲线
U I 0
I n K q
T
三、 实验仪器及用具
THQTN-1型 太阳电池特性测试实验仪。
四、 实验内容与步骤
(1)测量太阳电池无光照时的伏安特性(直流偏压从0~2V )
连接测量电路如图3所示:
图3
利用测得的正向偏压时I —U 关系数据,画出I —U 曲线。石油储运
(2)在不加偏压时,用白炽灯光照射,测量太阳电池特性(4片串联负载特性更明显)。连接测量电路如图3所示:注意:此时光源到太阳电池距离不能太近,可选择为35cm 之后。
图4
(a )测量短路电流
、开路电压
和入射光强J 。
(b )测量电池在不同负载电阻下,对变化关系,画出曲线图。 (c )求太阳电池的最大输出功率,最佳工作电压和最佳工作电流。 (d )计算填充因子:SC
OC m
I U P FF =
(e )计算转换效率:%100⨯=in
m
P P η (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P in 为单位面积的入射光强J ×太阳电池有效面积; 本实验仪所用太阳电池单片有效面积为2060mm 2; 表格自拟。
SC
I OC
U I U U I
远山的红叶主题曲-
五、数据记录与分析
一、测量太阳电池无光照时伏安特性
企业改制律师由上述数据绘出如下伏安特性曲线:
可见太阳电池的伏安特性曲线曲线并不是线性的。猜测太阳电池的等效内阻应该是随着电流——而非电压——的升高而显著增大。
二、在白炽灯照射下测量太阳电池特性
选取4号电池。测得短路电流为2.20mA ,开路电压为9.18V 。当时光照强度为1.02mW/cm 2。实验数据如下:
U/V I/A U/V I/A
9.18 0    4.74    1.5 7.6 0.8    4.53    1.55 7.48 0.85    4.24    1.6 7.33 0.9    4.04    1.65 7.18 0.95    3.58    1.7 6.93    1    3.2    1.75 6.82    1.05    3.06    1.8 6.59    1.1    2.8    1.85 6.35    1.15    2.59    1.9 6.12    1.2    2.13    1.95 6.04    1.25    1.85    2 5.84    1.3    1.26    2.05 5.62    1.35 0.86    2.1 5.38    1.4 0.44    2.15 5.13    1.45 0.02    2.2
由图线可以看出实验结果并不理想,电池的伏安特性曲线过于接近线性。 由上述数据推出电池的功率随电压变化特性数据并绘出曲线如下:
2.5
10
U/V
I/mA

本文发布于:2023-06-23 15:49:38,感谢您对本站的认可!

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