肖樂樂+馬玲+高建華+段彬+游仁青+田曉倩+呂波
【摘要】 對單晶硅、多晶硅、非晶硅3種太陽能電池的特性進行研究,利用太陽能基本特性實驗儀,定量測量分析它們的暗伏安特性、開路電壓與短路電流隨光強變化關系、光強一定時太陽能輸出特性(電壓、電流、功率)、遮擋對太陽能電池電池輸出的影響。
【關鍵詞】 太陽能 電壓 電流 功率
引言:太陽能是可再生資源,不但數(shù)量巨大,用之不竭,而且不會產(chǎn)生環(huán)境污染,所以應用太陽提供能源是必然趨勢。太陽能電池主要有硅太陽電池、化合物太陽能電池、聚合物太陽能電池、有機太陽能電池等,其中硅太陽能電池在應用中占主導地位。前人對太陽能電池基本特性的研究已經(jīng)比較完備:茅傾青利用光功率測定儀和濾色片,定量分析在不同光照照射下以及在不同截至波長的光照射下,太陽能電池特性參量的變化規(guī)律;袁鎮(zhèn)從太陽能原理出發(fā),論述了太陽能電池特性的短路電流、開路電壓和填充因子等以及外界條件對它們的影響。本實驗利用太陽能基本特性實驗儀,運用簡單的電學公式,研究3種太陽能電池的伏安特性、輸出特性。
一、原理太陽能電池利用半導體P-N結受光照射時的
光伏效應發(fā)電,太陽能電池的基本結構就是一個大面積平面P-N結。P型半導體中有相當數(shù)量的空穴,幾乎沒有自由電子。N型半導體中有相當數(shù)量的自由電子,幾乎沒有空穴。當兩種半導體結合在一起形成P-N結時,N區(qū)的電子(帶負電)向P區(qū)擴散,P區(qū)的空穴(帶正電)向N區(qū)擴散,在P-N結附近形成空間電荷與勢壘電場。勢壘電場會使載流子向擴散的反方向做漂移運動,最終擴散與漂移達到平衡,使流過P-N結的凈電荷為零。在空間電荷區(qū)內,P區(qū)的空穴被來自N區(qū)的電子復合,N區(qū)的電子被來自P區(qū)的空穴復合,使該區(qū)幾乎沒有能導電的載流子,又稱結區(qū)或耗盡區(qū)。
當光電池受光照射時,部分電子被激發(fā)而產(chǎn)生電子-空穴對,在結區(qū)激發(fā)的電子和空穴分別被勢壘電場推向N區(qū)和P區(qū),使N區(qū)有過量的電子而帶負電,P區(qū)有過量的空穴而帶正電,P-N結兩端形成電壓,這就是光伏效應,若將P-N結兩端接入外電路,就可向負載輸出電能。
二、實驗方法
1、硅太陽能的暗伏安特性測量。用遮光罩罩住太陽能電池,測量在無光條件下,3種太陽能電池在兩端電壓逐漸增大時的電流。繪制3種太陽能電池的伏安特性數(shù)據(jù)與曲線
2、3種太陽能電池開路電壓與短路電流與光強關系的測量。將太陽能電池與電流表串聯(lián)。調節(jié)光源到太陽能電池的距離,以改變光強。分別放上單晶硅、多晶硅、非晶硅3種太陽能電池。繪制3種太陽能開路電壓隨光強變化曲線。
3、遮擋對太陽能電池輸出的影響。由于太陽能電池工作電流接近短路電流,故可測量遮擋對短路電池的影響。將太陽能電池與電流表串聯(lián)。遮擋太陽能電池的不同面積,記錄短路電路。
三、結論
1、在無光情況下,單晶硅、多晶硅太陽能電池開始電流幾乎不隨電壓改變,當?shù)竭_一定的電壓值,電流隨電壓增大很快。非晶硅太陽能電池電流隨電壓增大而增大,速率先快后慢再快。
2、多晶硅、非晶硅兩種太陽能電池開路電壓隨光強增大,單晶硅電池開路電壓有最大的開路電壓,最大值兩端呈拋物線下降。三種太陽能的短路電流隨光強的增大而增大。
3、太陽能電池有最大功率點,最大功率為381.6mw。
4、橫向遮擋太陽能電池,遮擋面積越大,電流越小??v向遮擋太陽能電池,遮擋面積達50%,電流趨近于零。
本文運用簡單的電學知識,對太陽能電池的基本特性進行了研究,對初步了解太陽能有所幫助。
參 考 文 獻
[1] 茅傾青、潘立棟、陳俊逸、陸申龍.[太陽能電池基本特性測定實驗]第三屆全國高等學校物理實驗教學研討會2004.11
[2]袁鎮(zhèn)、賀立龍[太陽能電池的基本特性]《現(xiàn)代電子技術》,1999年,第24卷
[3]苗建勛、李水泉、石發(fā)旺、曹萬民、武金樓[太陽能基本特性研究]《大學物理實驗研究》,1996年,第4期