2025年大学《物理学》专业题库—— 太阳电池技术在能源领域中的应用.docxVIP

2025年大学《物理学》专业题库——太阳电池技术在能源领域中的应用

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每小题3分，共15分。请将正确选项的首字母填入括号内）

1.在理想PN结的平衡状态下，耗尽层主要存在于（）。

A.P区和N区内部

B.P区N区交界面附近

C.P区导带，N区价带

D.P区价带，N区导带

2.对于直接带隙半导体，其电子从价带跃迁到导带所需能量（）。

A.大于光学禁带宽度

B.小于光学禁带宽度

C.等于光学禁带宽度

D.与光学禁带宽度无关

3.光生伏特效应中，导致少数载流子扩散运动的主要驱动力是（）。

A.入射光子的能量

B.PN结内建电场

C.光生载流子的复合

D.外加偏压

4.提高太阳电池转换效率的主要物理途径之一是减少（）。

A.串联电阻

B.光照强度

C.少数载流子寿命

D.填充因子

5.与单晶硅太阳电池相比，非晶硅太阳电池的主要缺点是（）。

A.转换效率通常较低

B.对光照方向敏感

C.长期稳定性较差

D.制造工艺成本过高

二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填入横线上）

6.太阳电池的基本工作原理是利用半导体的________效应，将太阳辐射能直接转换为电能。

7.理想二极管方程描述了PN结的________电流与________电压之间的关系。

8.影响太阳电池开路电压（Voc）的主要物理因素是半导体的________和温度。

9.太阳电池的短路电流（Isc）理论上等于单位面积、单位光照强度下产生的________电流。

10.提高太阳电池量子效率（QE）的关键在于提高________光谱响应和减少________损失。

三、简答题（每题5分，共15分）

11.简述光生伏特效应的三个基本物理过程。

12.简要说明太阳电池的填充因子（FF）的物理意义及其主要影响因素。

13.简述薄膜太阳电池与晶硅太阳电池在基本结构和工作原理上的主要区别。

四、计算题（每题10分，共20分）

14.已知某硅太阳电池在标准测试条件下（AM1.5G，1000W/m2，25°C），测得其开路电压Voc=0.645V，短路电流Isc=8.5A。假设其串联电阻r_s=0.1Ω，求该电池在标准测试条件下的填充因子FF和理论最大转换效率η_max（硅的SQ极限约为33.7%）。

15.一块面积为100cm2的太阳电池，在某个光照条件下产生短路电流Isc=5A。若该电池的反射损失为5%，光学损失为10%，前表面复合电流密度为1.5mA/cm2，后表面复合电流密度为0.5mA/cm2，求在有效光照下，该电池理论上的短路电流密度（mA/cm2）。

五、论述题（10分）

16.论述提高钙钛矿太阳电池稳定性的主要挑战以及目前研究中的几种主要应对策略。

试卷答案

一、选择题

1.B

2.C

3.B

4.A

5.C

二、填空题

6.光生伏特

7.饱和，净

8.光学禁带宽度

9.光生

10.光谱响应，内部复合

三、简答题

11.答：光生伏特效应的基本物理过程包括：①太阳光子照射半导体材料产生电子-空穴对；②产生的电子-空穴对在PN结内建电场作用下分离，形成非平衡少数载流子；③这些非平衡少数载流子在扩散过程中越过PN结耗尽层，并在外部电路中形成光电流。

12.答：填充因子（FF）是衡量太阳电池性能优劣的重要参数，定义为实际输出最大功率P_max与理论最大输出功率（Voc*Isc）之比，即FF=P_max/(Voc*Isc)。它反映了太阳电池克服内部复合和电阻损失的能力。主要影响因素包括串联电阻（r_s）和并联电阻（r_sh），低串联电阻和高并联电阻有利于提高FF。

13.答：薄膜太阳电池通常采用较薄（微米级）的半导体薄膜作为活性层，可以直接沉积在衬底（如玻璃、柔性基板）上，工艺相对简单，成本较低，且易于实现大面积化。其工作原理与晶硅太阳电池类似（光生伏特效应），但能带结构、载流子迁移率、复合机制等可能存在差异。晶硅太阳电池通常使用较厚（数百微米）的硅片，制造工艺成熟，效率较高，但成本相对较高。

四、计算题

14.解：

1.计算理论最大转换效率η_max：根据SQ极限，η_max≈33.7%=0.337。

2.计算短路电流密度Jsc：Jsc=Isc/A=8.5A/(100cm2*(10??m2/cm2))