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实验六 太阳电池伏-安特性的测量
太阳电池(Solar Cells),也称为光伏电池,是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件.由
这种器件封装成太阳电池组件,再按需要将一块以上的组件组合成一定功率的太阳电池方
阵,经与储能装置、测量控制装置及直流-交流变换装置等相配套,即构成太阳电池发电系
统,也称为之光伏发电系统.它具有不消耗常规能源、无转动部件、寿命长、维护简单、
使用方便、功率大小可任意组 合、无噪音、无污染等优点.世界上第一块实用型半导体太
阳电池是美国贝尔实验室于 1954 年研制的.经过人们 40 多年的努力,太阳电池的研究、
开发与产业化已取得巨大进步.目前,太阳电池已成为空间卫星的基本电源和地面无电、
少电地区及某些特殊领域(通信设备、气象台站、航标灯等)的重要电源.随着太阳电池
制造成本的不断降低,太阳能光伏发电将逐步地部分替代常规发电.近年来,在美国和日
本等发达国家,太阳能光伏发电已进入城市电网.从地球上化石燃料资源的渐趋耗竭和大
量使用化石燃料必将使人类生态环境污染日趋严重的战略观点出发,世界各国特别是发达
国家对于太阳能光伏发电技术十分重视,将其摆在可再生能源开发利用的首位.因此,太
阳能光伏发电有望成为 21 世纪的重要新能源.有专家预言,在 21 世纪中叶,太阳能光伏
发电将占世界总发电量的 15% ~ 20%,成为人类的基础能源之一,在世界能源构成中占有
一定的地位.
【实验目的】
1.了解太阳电池的工作原理及其应用;
2.测量太阳电池的伏– 安特性曲线.
【实验原理】
1.太阳电池的结构
以晶体硅太阳电池为例,其结构示意图如图 1 所示.晶体硅太阳电池以硅半导体材料制
成大面积 pn 结进行工作.一般采用
n
+
/p 同质结的结构,即在约 10 cm×10
cm 面积的 p 型硅片(厚度约 500 µ m)
上用扩散法制作出一层很薄(厚度~0.3
µ m)的经过重掺杂的 n 型层.然后在
n 型层上面制作金属栅线,作为正面接
触电极.在整个背面也制作金属膜,
作为背面欧姆接触电极.这样就形成
了晶体硅太阳电池.为了减少光的反
射损失,一般在整个表面上再覆盖一
层减反射膜.
2.光伏效应
当光照射在距太阳电池表面很近的 pn 结时,只要入射光子的能量大于半导体材料的禁
太阳光
减反射膜
表面电极
背电极
pn 结
p
n
图 1 晶体硅太阳电池的结构示意图