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实用标准文案
太阳能电池串并联输出功率比较
一，实验目的
（
1
）比较太阳能电池不同接法下的输出功率
（
2
）
找
< br>出
哪
种
接
法
适
合
电
阻
大
的
用
电
器
哪
种
接
法
适
合
电阻小的用电器
二，实验器材
太阳能
电池特性测试试验仪（
THQTN-1
）
三，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
1
0 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．
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2
．光伏效应
当光照射在距太阳电池表面很近的
p
n
结时，
只要入射光子的能量大
于半导
体材料的禁带宽度
Eg
，则在
p
区、
n
区和结区光子被吸收会
产生电子–空穴对．那些在结附近
n
区中产
生的少数载流子由于存在
浓度梯度而要扩散．只要少数载流子离
pn
结的距离小于它的扩散长
度，总有一定几率扩散到结界面处
．在
p
区与
n
区交界面的两侧即
结区，存在一空间电荷区，也称为耗尽区．在耗尽区中，正负电荷
间
形成一电场，
电场方向由
n
区指向
p
区，
这个电
场称为内建电场．
这
些扩散到结界面处的少数载流子
（空穴）
在内建电场的作用下被拉向
p
区．同样，如果在结附近
p
区中产生
的少数载流子（电子）扩散到
结界面处，也会被内建电场迅速被拉向
n
区．结区内产生的电子–空
穴对在内建电场的作用下分
别移向
n
区和
p
区．如果外电路处于开
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路状态，
那么这些光生电子和空穴积累在
pn
结附近，
使
p
区获得附
加正电荷，
n
区获得附加负电荷，这样在
pn
结上产生一个光生电
动
势．这一现象称为光伏效应（
Photovoltaic
Effect,
缩写为
PV
）
．
3
．太阳电池的表征参数
太阳电池的工作原理是基于光伏效应．
当光照射太阳电池时，
将产生
一个由
n
区到
p
区的光生电流
Iph
．同
时，由于
pn
结二极管的特
性，存在正向二极管电流<
/p>
ID
，此电流方向从
p
区到
n
区，与光生电
流相反．因此，
实际获得的电流
I
为
(1)
式中
VD
为结电压，
I0
为二极管的反向饱和
电流，
Iph
为与入射
光的强度成正比
的光生电流，其比例系数
是由太阳电池的结构和材
料的特性决定的．
n
称为理想系数
（
n
< br>值）
，
是表示
pn
结特性的参数，
通常在
1~2
之间．
q
为电子电荷，
kB
为波尔茨曼常数，
T
为温度．
如果忽略太阳电池的串联
电阻
Rs
，
VD
即为太阳电池的端电压
V
，
则
（
1
）式可写为
（
2
）
当太阳电池的输出端短路时，
V =
0
（
VD
≈
0
）
，由（
2
）式可得到短
路电流
即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比
．当
太阳电池的输出端开路时，
I =
0
，由（
2
）
和（
3
）式可得到开路电
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