太陽能電池特性與應用研究

太陽能電池特性與應用研究基礎物理實驗教學中心Tuesday,August11,2026太陽能電池簡介太陽能是一種新型、清潔、“綠色”能源。在陽光明媚的天氣里，太陽向地球表面輻射功率約為1000W/m2，如果我們將這些能量收集起來，就可以輕松為住宅和辦公室提供電力。

太陽能電池簡介核聚變（人造太陽）進展：2025年1月，全超導托卡馬克核聚變實驗裝置成功實現了上億攝氏度1066秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行。2025年10月1日合肥BEST裝置的杜瓦底座精準落位，預計2030年實現核聚變發電。托卡馬克裝置示意圖2025年10月1日合肥BEST的杜瓦底座精準落位太陽能電池簡介太陽能電池（solarcells）也稱為光伏電池，是將太陽輻射能直接轉換成電能的器件。

太陽能電池的應用:太陽能電池計算器、地面及衛星太陽能電池板太陽能電池簡介屋頂太陽能發電并網系統風力發電和太陽能發電互補系統1.了解太陽能發電系統的組成及工程應用。2.測量太陽能電池的暗伏安特性。3.測量太陽能電池的開路電壓、短路電流和光強之間的關系。4.測量太陽能電池輸出伏安特性。實驗目的實驗儀器可變負載光強探頭實驗儀器測試儀面板一、PN結的形成過程實驗原理N型半導體形成：本征半導體硅（Si）中摻入五價雜質原子，如磷（P）。載流子：自由電子是多數載流子，空穴是少數載流子。簡化圖

一、PN結的形成過程實驗原理P型半導體形成：本征半導體硅（Si）中摻入三價雜質原子，如硼（B）等。載流子：空穴是多數載流子，自由電子是少數載流子。簡化圖

載流子濃度差復合內電場阻礙多子擴散幫助少子漂移擴散漂移動態平衡內電場多子擴散產生空間電荷區P區N區PN結穩定一、PN結的形成過程空穴電子實驗原理實驗原理二、太陽能電池結構當PN結受光照后，半導體吸收光能產生帶正電和負電的粒子（空穴和電子），在內建電場作用下，電子朝N型半導體匯集，而空穴則朝P型半導體匯集。如果外電路處于開路狀態，那么這些光生電子和空穴積累在PN結附近，使P區獲得附加正電荷，N區獲得附加負電荷，這樣在PN結上產生一個光生電動勢，這種現象稱為光伏效應。實驗原理三、光伏效應太陽能電池發電原理示意圖實驗原理四、太陽能電池的表征參數當太陽能電池接上負載R時，負載的伏－安特性曲線如右上圖所示。太陽能電池的伏–安特性曲線負載R可以從零到無窮大。負載為零時測得的最大電流Isc稱為短路電流，負載斷開時測得的最大電壓Uoc稱為開路電壓。當負載R＝Rm使太陽電池的輸出功率為最大時，它對應的最大功率Pmax為式中Im和Um分別為最佳工作電流和電壓。太陽能電池的輸出特性

實驗原理四、太陽能電池的表征參數

將最大功率Pmax與Uoc和Isc的乘積之比定義為填充因子FF，則FF為太陽能電池輸出特性的重要表征參數，FF越大則輸出的功率越高，約在0.60~0.85之間。實驗原理五、光伏發電系統的組成部分介紹（1）太陽能電池方陣由多塊太陽能電池組件組合而成。（2）DC-DC

DC-DC為直流電壓變換電路，DC-DC的作用為：當電源電壓與負載電壓不匹配時，通過DC-DC調節負載端電壓，使負載能正常工作。（3）控制器控制器又稱充放電控制器，起著保護蓄電池及整個光伏系統正常工作的作用。實驗原理五、光伏發電系統的組成部分介紹（4）逆變器逆變器是將直流電變換為交流電的電力變換裝置。（5）儲能裝置光伏系統常用的儲能裝置為蓄電池與超級電容器。蓄電池是提供和存儲電能的電化學裝置。光伏系統使用的蓄電池多為鉛酸蓄電池。超級電容器通過極化電解質來儲能，它由懸浮在電解質中的兩個多孔電極板構成。實驗內容一、測量太陽能電池的暗伏安特性電壓(V)012345678電流(mA)

電壓(V)0-1-2-3-4-5-6-7-8電流(mA)

可變負載ＲR取100歐實驗內容二、開路電壓、短路電流與光強關系測量位置12345輻射照度(W/m2)

開路電壓Uoc(V)

短路電流Isc(mA)

光源高度每次降低1厘米，分別測量光強、開路電壓、短路電流值。實驗內容三、測量太陽能電池輸出伏安特性旋松光源止動螺釘，調節光源高度至最高，然后擰緊止動螺釘，整個實驗過程中該高度不再改變。按圖a連接電路，測量開路電壓Uoc。按圖b連接電路，測量短路電流Isc。Uoc=

Isc

=

實驗內容三、測量太陽能電池輸出伏安特性按圖接線，以負載組件作為太陽能電池的負載。實驗時先將負載組件逆時針旋轉到底，然后順時針旋轉負載組件旋鈕改變R值，觀測太陽能電池的輸出電壓U和電流I。負載組件實驗內容三、測量太陽能電池輸出伏安特性

輸出電壓U

(V)1234567891010.511輸出電流I(mA)

【預習題】

1、簡述太陽能電池的