孫盼盼+++戴雷+++黃妞+++孫小華

【摘要】作為新能源材料與器件專業(yè)的一門專業(yè)拓展課程，該課程致力于培養(yǎng)學(xué)生光伏材料與器件方面的專業(yè)操作技能，畢業(yè)后具備在該領(lǐng)域技術(shù)開發(fā)和科學(xué)研究領(lǐng)域工作的能力。本文結(jié)合該專業(yè)課程開設(shè)情況，對光伏材料與器件檢測技術(shù)的實驗教學(xué)內(nèi)容進行了設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】新能源材料與器件 光伏材料與器件 實驗教學(xué)設(shè)計

【中圖分類號】G64 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）02-0237-01

一、引言

2014年，在外部有利政策和勢場需求的驅(qū)動下，中國的光伏市場迅速發(fā)展，光伏制造產(chǎn)能位居全球第一，終端應(yīng)用市場也步入了全球第二。產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形勢將直接影響人才的需求動態(tài)，為了增強人才培養(yǎng)的市場針對性，我校開設(shè)了《光伏材料與器件檢測技術(shù)》課程[2-3]，培養(yǎng)學(xué)生光伏方面的專業(yè)操作技能。本文對相關(guān)實驗進行了設(shè)計，實驗內(nèi)容由材料到器件，由基礎(chǔ)到專業(yè)，下面對實驗設(shè)計進行具體闡述：

二、光伏材料性能檢測實驗設(shè)計

1.太陽光輻射光譜檢測

由于太陽輻射到達(dá)地球表面必須要經(jīng)過大氣層，大氣層對太陽輻射的吸收、反射和散射導(dǎo)致不同地區(qū)、不同季節(jié)以及一天中不同時間地面所接收到的太陽輻射光譜有很大差異[1]。大氣對地球表面接收太陽光的影響程度用大氣質(zhì)量（AM）描述，國際上選取大氣質(zhì)量AM1.5作為太陽能電池效率測試的標(biāo)準(zhǔn)，其輻照功率為1kW/m2。

本實驗為驗證型實驗，要求同學(xué)們通過用美國Ocean Optics公司的USB4000型光纖光譜儀測試太陽光光譜，認(rèn)識太陽光能量的不穩(wěn)定性以及設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)光源條件的必要性。

2.半導(dǎo)體材料光吸收性質(zhì)測試

太陽能電池對光的吸收效率直接影響其光電轉(zhuǎn)換效率，而光吸收效率取決于材料對光的吸收能力，所以光伏材料的選擇至關(guān)重要。禁帶寬度是決定半導(dǎo)體性質(zhì)的重要參數(shù)，根據(jù)半導(dǎo)體帶間躍遷的基本理論，只有光子能量大于或等于半導(dǎo)體的禁帶寬度才會存在光吸收，而且光吸收系數(shù)與光子能量之間存在一定的關(guān)系。

本實驗為設(shè)計型實驗，實驗內(nèi)容和方法：（1）測試不同材料的吸收光譜；（2）測試同一材料不同厚度情況下的吸收光譜；（3）繪制吸收光譜曲線，探究影響材料光吸收能力的因素。通過本實驗要求同學(xué)們掌握用雙光束紫外可見分光光度計測試半導(dǎo)體材料吸收光譜的方法，并獲得太陽能電池材料的選擇依據(jù)。

三、光伏器件性能檢測實驗設(shè)計

1.太陽能電池基本特性測試

太陽能電池的特性由伏安特性曲線（I-U曲線）來表示，表征一定光照和環(huán)境溫度為300K條件下，電流和電壓的函數(shù)關(guān)系。在太陽能電池的正負(fù)極兩端，連接一個可變電阻R，在一定的光照和溫度下，改變電阻值，使其由零（短路）變到無窮大（開路），同時測量通過電阻的電流和電阻兩端的電壓 ，即可得到太陽能電池的I-U曲線。I-U曲線在電壓軸上的截距稱為開路電壓（Uoc），在電流軸上的截距稱為短路電流（Isc）。短路電流Isc和開路電壓Uoc與入射光強相關(guān)，一般地，短路電流Isc隨光強呈線性增長，而開路電壓Uoc隨光強呈對數(shù)增長，并逐漸達(dá)到最大值。

本實驗為設(shè)計型實驗，實驗內(nèi)容：（1）測試不同負(fù)載下太陽能電池的I-U曲線，求出在此光照條件下太陽能電池的短路電流Isc、開路電壓Uoc以及最大輸出功率Pm、填充因子FF=Pmax/IscUoc；（2）測試不同光強下太陽能電池的短路電流和開路電壓，并繪制曲線；（3）測試太陽能電池在不同入射角下的短路電流和開路電壓，并繪制曲線。通過本實驗要求同學(xué)掌握太陽能電池電流-電壓特性并對其進行評價，以及短路電流、開路電壓隨光照強度和入射角度的變化特性。

3.太陽能電池量子效率測試

太陽能電池的量子效率QE，或稱光譜響應(yīng)，是太陽能電池在不同波長光照條件下的光電轉(zhuǎn)換特性，具體的是指太陽能電池收集到的電子-空穴對數(shù)目與入射到太陽能電池表面的光子數(shù)目之比。太陽光強度隨波長變化而不同，因此，量子效率反映了太陽能電池對入射到表面的各個波長的光的響應(yīng)情況，因此也是衡量光伏器件性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

本實驗為演示型實驗，實驗內(nèi)容：（1）認(rèn)識太陽能電池量子效率測試系統(tǒng)；（2）測試太陽能電池的量子效率；（3）繪制太陽能電池量子效率曲線，通過曲線評價太陽能電池光響應(yīng)特性。

四、總結(jié)

結(jié)合本校新能源材料與器件專業(yè)基礎(chǔ)，對《光伏材料與器件檢測技術(shù)》課程的實驗教學(xué)進行了設(shè)計。設(shè)計與該專業(yè)理論基礎(chǔ)緊密契合，可以充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。通過實驗的開展，要求學(xué)生掌握光伏材料與器件性能的基本檢測手段和評價方法，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力、專業(yè)實驗操作技能和專業(yè)研究素質(zhì)，使學(xué)生步入社會后，具備從事該領(lǐng)域工作的基本能力。

參考文獻：

[1]于勝軍.太陽能光伏器件技術(shù)[M].電子科技大學(xué)出版社，2011.

[2]曾惠丹，楊云霞等.新能源材料與器件專業(yè)實驗教學(xué)探討[J].實驗室研究與探索，2012， 31（10）：109-111.

[3]杜柯.新能源材料與器件新專業(yè)教學(xué)之淺見[J].湖北函授大學(xué)學(xué)報，2011，24（8）：91-92.endprint