太陽能電池串并聯(lián)輸出功率比較

太陽能電池串并聯(lián)輸出功率比較一，實驗?zāi)康谋容^太陽能電池不同接法下的輸出功率找出哪種接法適合電阻大的用電器哪種接法適合電阻小的用電器二，實驗器材太陽能電池特性測試試驗儀(THQTN-1)三，實驗原理太陽電池的結(jié)構(gòu)以晶體硅太陽電池為例，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.晶體硅太陽電池以硅半導(dǎo)體材料制成大面積pn結(jié)進行工作.一般采用n+/p同質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，即在約10cmx10cm面積的p型硅片(厚度約500pm止用擴散法制作出一層很薄:厚度~0.3pm)的經(jīng)過重摻雜的n型層.然后在n型層上面制作金屬柵線，作為正面接觸電極.在整個背面也制作金屬膜，作為背面歐姆接觸電極.這樣就形成了晶體硅太陽電池.為了減少光的反射損失，一般在整個表面上再覆蓋一層減反射膜.

光伏效應(yīng)當(dāng)光照射在距太陽電池表面很近的pn結(jié)時，只要入射光子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg，則在p區(qū)、n區(qū)和結(jié)區(qū)光子被吸收會產(chǎn)生電子-空穴對.那些在結(jié)附近n區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子由于存在濃度梯度而要擴散.只要少數(shù)載流子離pn結(jié)的距離小于它的擴散長度，總有一定幾率擴散到結(jié)界面處.在p區(qū)與n區(qū)交界面的兩側(cè)即結(jié)區(qū)，存在一空間電荷區(qū)，也稱為耗盡區(qū).在耗盡區(qū)中，正負電荷間形成一電場，電場方向由n區(qū)指向p區(qū)，這個電場稱為內(nèi)建電場.這些擴散到結(jié)界面處的少數(shù)載流子（空穴）在內(nèi)建電場的作用下被拉向p區(qū).同樣，如果在結(jié)附近p區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子（電子）擴散到結(jié)界面處，也會被內(nèi)建電場迅速被拉向n區(qū).結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對在內(nèi)建電場的作用下分別移向n區(qū)和p區(qū).如果外電路處于開

路狀態(tài)，那么這些光生電子和空穴積累在pn結(jié)附近，使p區(qū)獲得附加正電荷，n區(qū)獲得附加負電荷，這樣在pn結(jié)上產(chǎn)生一個光生電動勢.這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)（PhotovoltaicEffect,縮寫為PV）.太陽電池的表征參數(shù)太陽電池的工作原理是基于光伏效應(yīng).當(dāng)光照射太陽電池時，將產(chǎn)生一個由n區(qū)到p區(qū)的光生電流Iph.同時，由于pn結(jié)二極管的特性，存在正向二極管電流ID，此電流方向從p區(qū)到n區(qū)，與光生電流相反.因此，實際獲得的電流I為⑴式中VD為結(jié)電壓，I0為二極管的反向飽和電流，Iph為與入射光的強度成正比的光生電流，其比例系數(shù)是由太陽電池的結(jié)構(gòu)和材料的特性決定的.n稱為理想系數(shù)（n值），是表示pn結(jié)特性的參數(shù)，通常在1~2之間.q為電子電荷，kB為波爾茨曼常數(shù)，T為溫度.如果忽略太陽電池的串聯(lián)電阻Rs,VD即為太陽電池的端電壓V，則（1）式可寫為(2)(2)當(dāng)太陽電池的輸出端短路時，V=0（VD^0）,由（2）式可得到短路電流二乙即太陽電池的短路電流等于光生電流，與入射光的強度成正比.當(dāng)

太陽電池的輸出端開路時，I=。，由（2）和（3）式可得到開路電當(dāng)太陽電池接上負載R時所得的負載伏-安特性曲線如圖2所示負載R可以從零到無窮大.當(dāng)負載Rm使太陽電池的功率輸出為最大時，它對應(yīng)的最大功率Pm為(4) : -1\I) E*殖式中Im和Vm分別為最佳工作電流和最佳工作電壓.將Voc與Isc的乘積與最大功率Pm之比定義為填充因子FF，則(5) *WFF為太陽電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高.FF取決于入射光強、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等.(6)囹三太陽電池的偌戔特性曲線四，實驗思路取四個太陽能電池分三種不同的接法(全部串聯(lián)，全部并聯(lián)，兩個串聯(lián)兩個并聯(lián))將太陽能電池外接可變電阻，用白光照射。測量其在不同負載下的I,U,并計算出對應(yīng)的P,畫出P-U曲線，理論上P-U曲線應(yīng)是一條拱形的平滑曲線，可根據(jù)曲線找出P對應(yīng)的U,再根據(jù)U找出對應(yīng)的R。改變太陽能電池的接法，重復(fù)上述步驟，比較不同Pm對應(yīng)的負載R，找出那種接法適合電阻大的用電器，哪種適合電阻小的用電器。五，實驗步驟（1） 連接電路圖如圖所示（2） 測短路電流i和開路電壓uoc（3） 測量在不同負載電阻下I，U，記錄數(shù)據(jù)，P=IU計算出對應(yīng)的日繪制p-u曲線圖（4） 求太陽能電池最大輸出功率時的負載電阻（5） 計算填充因子FF=pm/（iscu）（6） 改變太陽能電池的接法，重復(fù)上述操作六，對方案的可行性分析經(jīng)分析，該方案的原理完整正確，邏輯清晰，對各物理量的意思及其之間的的關(guān)系，推理都有詳細的說明。實驗要測量的數(shù)據(jù)是太陽能電池在不同接法下，通過其兩端的電壓和回路中的電流，通過改變電阻的大小來記錄多組數(shù)據(jù)，這些都可以在提供的實驗箱上完成，所提供的儀器滿足需要。由于所要記錄的數(shù)據(jù)比較多，需要不停地改變電阻，在實驗過程中可能會導(dǎo)致電阻旋鈕損壞；其次電流和電壓一直在變化，可能會出現(xiàn)超量程的情況，但如果為了不超量程而選用的量程較大會使測得的數(shù)據(jù)不夠精確，誤差較大。所以在操作過程中我們要認(rèn)真謹(jǐn)慎，選擇合適的量程進行測量并注意觀察示數(shù)變化，一