太阳能电池基本特性测定-复旦大学物理教学中心.pptVIP

一.引 言 太阳能电池的利用和太阳能电池特性的研究是21世纪的热门课题，许多国家正投入大量人力和物力对太阳能接收器进行研究。为此我们尝试在普通物理实验中，开设太阳能电池的特性研究 二.原理 太阳能电池的主要结构为一p-n结。理想p-n结的电流和电压关系由下式给出： Id= I0[exp(Ue/nkT) -1] Io是无光照时的反向饱和电流，U是结上的电压，e是电子电荷，k是波尔兹曼常数，T表示热力学温度 三.实验方法 四. 结果和讨论 五.结束语 太阳能电池特性的测量与它的开发和利用有着密切的关系。本实验从物理角度测量太阳能电池的特性，有利于学生掌握基本的电磁学和光学知识和实验方法，以及这些基本方法在科学研究中的应用。在进行传统的基本参数测量的基础上，采用新的仪器和方法，拓展了实验内容，定量分析太阳能电池特性参数的变化规律 。 * 一个与能源利用有关的综合性设计实验 ——太阳能电池基本特性测定 陈骏逸 复旦大学物理系 在传统的特性参数测量的基础上，采用光功 率测定仪，定量分析太阳能电池在不同光强照射 下，特性参数的变化规律；采用滤色片测定并分 析不同截止波长的光对太阳能电池的特性参数的 影响。在此基础上提出一测量半导体材料禁带宽 度的方法，并测量、比较不同半导体材料的禁带 宽度。 当光照射在太阳能电池表面的p-n结上时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度，则光子将被太阳能电池吸收而产生电子—空穴对。这个以恒定速率产生的电子空穴对提供了通过结的电流。太阳能电池输出的净电流I是光生电流IPh和两极管电流Id之差，净电流I由下式给出： I=IPh-Id=IPh-I0[exp(Ue/nkT) -1] 当太阳能电池接上负载电阻后，太阳能电池的输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化，当负载电阻R=Rm时使太阳能电池的输出功率为最大，即最大功率，它对应电压Um和电流Im；可知： Pm=ImUm 填充因子是表征太阳能电池质量好坏的一个指标，将最大功率Pm和UOC与ISC之积的比值定义为填充因子FF： FF= Pm /(UOCISC) 能量大于半导体材料的禁带宽度的光子可以使太阳能电池产生光电流，光电流的大小有： N(λ)是光子数随波长分布的函数，λc是滤色片的截止波长，λ0是能产生光电流的最大波长。当N(λ)为一常数时，有： 当太阳能电池在光照部分前，安放不同截止波长的滤色片，则它产生的光电流和截止波长存在一定关系，由此可得太阳能电池的半导体材料的禁带宽度 C. 取定J0作为“标准”的入射光照强度，通过改变光源到太阳能电池的距离来改变照射到太阳能电池的光照强度J，得到ISC、UOC与相对光强度J/ J0的关系，找出ISC、UOC与J/J0的近似函数关系。 D. 在光源出射口安放一块消除红外波长的隔热玻璃，使只有短波长通过，以防止红外波长对实验的影响。然后在太阳能电池前安放不同截止波长的滤色片（该滤色片存在一个截止波长，小于此波长的光波不能通过），在光强为J0下测量光电流和截止波长的关系。然后改变J，测量几组不同光强下光电流和截止波长的关系。由光电流ISC和截止波长λC的关系，外推至ISC=0时，得截止波长λC’，即可以由光子能量与波长关系（E=hc/λ）得到制作太阳能电池的半导体材料的禁带宽度。测量不同半导体材料制作的太阳能电池的数据，比较不同半导体材料的禁带宽度。 全暗时太阳能电池I-U特性图 恒定光强照射下 P-R图和I-U图 ISC-J/J0图 UOC-ln(J/J0)图 单晶硅材料ISC –λ图 由ISC=0时，可得，截至波长λ01’≈1100nm，由公式E=hν=hc/λ求得单晶硅材料的禁带宽度为1.13eV，公认值为1.128eV。笔者又用相同的方法对一块由多晶硅（编号02）作为材料的太阳能电池进行了测量，求得此多