太阳能电池特性测试实验报告x

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:一种是光一热一电转换方式,另一种是光一电直接转换方式。其中,光一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,而光一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、多晶硅薄腫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,已经形成了各貝特的太阳能产业集。
一、实验目的
华安现金富利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
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SS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)光伏施
图1太阳能电池板结构示意图当光照射至怦导体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 结耗尽区存在看较强的
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U 与通过的电流I 的关系为
_qv
I = I 0(e^-l)
(1)
Io
是二极营的反向饱和电流,1】称为理想系数,是表示PN 结特性的参数,通常为1。
K 是波尔兹曼常数,口为电子的电荷量,T 为热力学溫度。(可令0 =—> )
当太阳电池短路时,我们可以得到短路电流为Isc ,当太阳电池开路时,我们可以得到开 路电压
Uoco
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=ImxUm (2)
上式中Im 和Um 分别为最佳工作电流和最佳工作电压,将Voc 与Isc 的乘积与最大输岀功 率Pm 之比定义为填充因子FF :
FF 为太阳电池的重要特性参数,阡越大则输出功率越高。FF 取决于入射光强、材料禁 带宽
度、理根系数、串联电阻和并联电阻等。
木阳电池的转换效率n 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.n 之比,即
图2太阳电池的伏一$特性曲线
Pm
xlOC%
FF =
u m i m
三、实验仪器及用具
THQTN-1型太阳电池特性测试实验仪。
(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:生死赌门
耵聍腺瘤图3
利用测得的正向偏压时I —U 关系数据,画出I-U 曲线。
(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
我们的知识是有限的(a)测量短路电流】sc 、开路电压Uoc 和入射光强人
(b )测量电池在不同负载电阻下,I 对U 变化关系,画出I -U 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I 作电流。 (d) 计算填充因子:FF = -^
UoJsc
(e )计訣换效率:;/ = ^xlOO% (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Rn 为单位面积的入射光强Jx 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2060mm2 ; 表格自拟。
A金花瓶1999
能电
U! 实验内容与步骤
太 阳 能 电 池
五、数据记录与分析
一、测屋太阳电池无光黑时伏安特性
太阳电池伏安特性数据如下
由上述数据绘出如下伏安特性曲线: 1/mA
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 应该是随看电流一非电压一的升高而显著增大。
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 r 开路电压为9.18V O 当时光照强
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:
度为1.02mW/cm2。实验数据如下:
U/V
u/v燃料化学学报
I/A
由此绘出特性曲线如下:

本文发布于:2023-06-23 16:10:16,感谢您对本站的认可!

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