新能源光伏实验指导书.docx

实验一多晶硅电池组件输出性能实验实验目的及要求（1）要求测试并画出太阳能电池组件在无光照时的暗伏安特性曲线并比较与普 通二极管特性曲线的异同；（2）画出直观的曲线图，分析太阳能电池板开路电压与光强之间的关系；（3）画出直观的曲线图，分析太阳能电池板短路电流与光强之间的关系；（4）能熟练利用手动法测试多晶硅太阳能电池板输出性能；（5）了解太阳能电池板在实际生活中的一些简单应用实例。实验原理太阳能电池利用半导体p-n结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基 本结构就是一个大面积平面p-n结，图2-1为p-n结示意图。p型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。n型半导体中有相当 数量的自由电子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N结时，N区 的电子（带负电）向p区扩散，p区的空穴（带正电）向n区扩散，在p-n结附 近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运 动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过p-n结的净电流为零。在空间电荷区内， p区的空穴被来自n区的电子复合，n区的电子被来自p区的空穴复合，使该区 内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子一空穴对，在结区激发的 电子和空穴分别被势垒电场推向n区和p区，使n区有过量的电子而带负电，p 区有过量的空穴而带正电，p-n结两端形成电压，这就是光伏效应，若将p-n结 两端接入外电路，就可向负载输出电能。在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与 输出电流，得到输出伏安特性，如图2-2实线所示。IV图2-2太阳能电池的输出特性负载电阻为零时测得的最大电流ISC称为短路电流。负载断开时测得的最大 电压VOC称为开路电压。太阳能电池的输出功率为输出电压与输出电流的乘积。同样的电池及光照条 件，负载电阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。若以输出电压为横坐标， 输出功率为纵坐标，绘出的P-V曲线如图2-2点划线所示。输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大输出功率Pmax。填充因子F.F定义为：F - F = Pmax（2-1）x填充因子是表征太阳电池性能优劣的重要参数，其值越大，电池的光电转换 效率越高，一般的硅光电池FF值在0.750.8之间。转换效率n定义为：门（）= "px 1。%（2-2）inPin为入射到太阳能电池表面的光功率。理论分析及实验表明，在不同的光照条件下，短路电流随入射光功率线性增 长，而开路电压在入射光功率增加时只略微增加，如图2-3所示。IV图2-3不同光照条件下的I-V曲线实验内容整个实验分为验证实验和应用实验部分，其中每个部分各含有4个子实验， 具体安排内容如下：验证实验一：太阳能电池板的暗伏安特性暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。太阳能电池的基本结构是一个大面积平面p-n结，单个太阳能电池单元的p-n 结面积已远大于普通的二极管。在实际应用中，为得到所需的输出电流，通常将 若干电池单元并联。为得到所需输出电压，通常将若干己并联的电池组串连。因 此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组 成组件时的串并连关系。实验目的：本实验要求测试并画出太阳能电池组件在无光照时的暗伏安特性曲线并比 较与普通二极管特性曲线的异同。实验步骤如下：（1）用遮光板罩住太阳能电池板。（2）按照如图2-4所示电路原理图接线。将待测的太阳能电池板接到测试 仪上的“直流输出0-20 V”接口，电压表测量太阳能电池板两端电压，电流表测量 回路中的电流。图2-4正向电压伏安特性测试接线原理图（3）调节电压调节旋钮，起始记数为0 A，再逐渐增大输出电压，每间隔 0.5 V左右记一次电流值，终止记数为8 V。记录到表2-1中。（4）按照如图2-5所示电路原理图接线。与图2-4相反，电源提供反向电 压。接线完成后调节电压调节旋钮，起始为-0.5 V左右，逐渐增大输出电压，每 间隔1 V左右记一次电流值，范围-0.5 V-8 V，记录电流随电压变换的数据于表 2-2 中。图2-5反向电压伏安特性测试接线原理图实验数据记录：表2-1太阳能电池板给正向电压的暗伏安特性U(V)I(mA)U(V)I(mA)表2-2太阳能电池板给反向电压的暗伏安特性U(V)I(mA)U(V)I(mA)本节实验思考与讨论：（1）以电压为横坐标，电流为纵坐标，根据表2-1、表2-2画出太阳能电池的伏 安特性曲线。（2）讨论太阳能电池的暗伏安特性与一般二级管的伏安特性有何异同。验证实验二：测量太阳能电池板的开路电压和光强之间的关系 实验目的：画出直观的曲线图，分析太阳能电池板开路电压与光强之间的关系。实验步骤如下：（1）打开光源开关，预热5分钟。（2）打开遮光板。将电池板后螺丝松动，通过滑道滑至顶端（使光功率表 头与卤光灯在一水平线上，确保实验准确性）固定牢。将光功率表连接线接到测 试仪上表面的电压/光功率复用表mW表笔插座上，不同的输出范围选择相应的 mW档。由近及远移动滑动支架（10 cm-45 cm，5 cm间隔），P为测量到的光功 率，为了实验准确，需将光功率扩大十倍，即读数X10，扩大十倍后单位为mW（例如：20 mW档读数为3.45，实际填写表格的数据时34.5 mW）。将计算好的 光功率记入表2-3中。探头采光面积为S=1 cm2。测量距光源一定距离的光强I=P/S, 将计算好光强也记入表2-3中。（3）如图将太阳能电池板输出线接在测试仪表面电压表20V档表笔插座 上，测试开路电压。由近及远移动滑动支架（确保距离的取值与测光功率保持一 致，即5 cm间隔），将开路电压值记入表2-3中。（此时电池板应将滑道滑至底 端，使其正好与光源保持水平）。卤灯光太阳能电池板图2-6开路电压与光强关系测试原理图实验数据记录：表2-310cm15cm20cm25cm30cm35cm40cm45 cmUoc（V）P（mW）Ig(mW/ cm2)I g = P / S S = 1cm 2本节实验思考与讨论：（1）根据表2-3数据，以光强为横坐标，开路电压为纵坐标，画出太阳能电池 的开路电压随光强变化的关系曲线。（2）分析曲线有什么特点。验证实验三：测量太阳能电池板的短路电流和光强之间的关系实验目的：画出直观的曲线图，分析太阳能电池板短路电流与光强之间的关系。实验步骤如下：实验步骤与实验二大致相同，采用同样方法测量电池板由近及远的光功率值 （10 cm-45 cm，间隔5 cm）。记录方法与实验二相同，将计算好的光功率值及光 强值记入表2-4。如图将太阳能电池板输出线接在测试仪表面电流表20 mA档表笔插座上， 测试短路电流。再由近及远移动滑动支架（确保距离的取值与测光功率保持一致， 即5cm间隔），将短路电流值记入表2-4中.（此时电池板应将滑道滑至底端， 使其正好与光源保持水平）卤灯光N太阳能电池板图2-7短路电流与光强关系测试原理图实验数据记录：表2-410cm15cm20cm25cm30cm35cm40cm45 cmIsc（mA）P（mW）Ig（mW/ cm2）I = P / S S = 1cm 2本节实验思考与讨论：（1）根据表2-4数据，以光强为横坐标，短路电流为纵坐标，画出太阳能电池 的短路电流随光强变化的关系曲线。（2）分析曲线有什么特点。验证实验四：太阳能电池板的输出特性测量实验目的：测试太阳能电池板性能。实验步骤如下：（1）按图2-8接线，以电阻箱作为太阳能电池板的匹配负载。在一定光照 强度下（将电池板固定在20cm处，注意开路电压太小影响实验效果）。（2）先将电阻箱设定为0欧姆，记录下太阳能电池板的短路电流L；再将sc电阻箱设定为9999欧姆，记录下太阳能电池板的开路电压U，填于表2-5中。（3）从低到高改变电阻箱阻值，使其达到如下表的电压数值（列举3、 4.19为大约数值，读数时保留两位小数）并记录电压值及与其对应的电流值， 并计算输出功率PO=UxI，记入表2-6中。选出PO中最大数值即Pmax，记入表2-5 中。图2-8太阳能输出特性接线原理图实验数据记录:表2-5最大输出功率Pmax（mW）开路电压Uoc（V）短路电流Isc（mA）表2-6测试光强I=mW/cm2U (V)3456789101112I (mA)P (mW)U (V)131415161717.51818.519I (mA)P (mW)O本节实验思考与讨论：（1）根据表2-6数据作太阳能电池板的输出伏安特性曲线及功率曲线。（2）计算填充因子FF。（3）计算转换效率ns（入射到太阳能电池板上的光功率Pin=IxS，S1为太阳能 电池板面积）。实验二 不同环境下硅基太阳能电池输出性能实验实验目的及要求（1）了解p-n结基本结构与工作原理；（2）了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理；（3）掌握p-n结的I-V特性及I-V特性对温度的依赖关系；（4）掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，理解光源波长、温度等因 素对太阳能电池特性的影响；（5）熟练掌握利用Origin-Lab或Microsoft Excel电脑软件对原始数据处理作图；（6）通过分析p-n结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数 据分析与处理的方法，分析实验数据与理论结果间存在差异的原因；（7）了解太阳能电站的工作原理。实验原理i光生伏特效应半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和 绝缘体之间，导电能力随外界环境，如温度、光照等，发生剧烈的变化。半导体 材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价 带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学 性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学 特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。基于半导体 材料电子器件的核心结构通常是p-n结。p-n结简单说就是p型半导体和n型半 导体的基础区域。太阳能电池，本质上就是p-n结。常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的p-n结。太阳能电池 之所以能够完成光电转换过程，核心物理效应是光生伏特效应。这种效应是半导 体材料的一种通性。如图1-1所示，当特定频率的光辐照到一块非均匀半导体上 时，由于内建电场的作用，载流子重新分布导致半导体材料内部产生电动势。如 果构成回路就会产生电流。这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效 应就是光生伏特效应。非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。p-n结是典型的一 个例子。n型半导体材料和p型半导体材料接触形成p-n结。P-n结根据制备方 法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。制备方法有合金法、扩散法、生长法、 离子注入法等等。杂质分布可能是线性分布的，也可能是存在突变的，p-n结的 杂质分布特征通常是与制备方法相联系的。不同的制备方法导致不同的杂质分布 特征。指形电税图1-1 p-n结结构示意图根据半导体基本理论，处于热平衡态的p-n结结构由p区、n区和两者交界 区域构成。为了维持统一的费米等级，p区内空穴向n区扩散，n区内电子向p 区扩散。载流子的定向运动导致原来的电中性条件被破坏，p区积累了带有负电 的不可动电离受主，n区积累了不可动电离施主。载流子扩散运动的结果导致p 区带负电，n区带正电，在界面附近区域形成由n区指向p区的内建电场和相应 的空间电荷区。显然，两者费米等级的不统一是导致电子空穴扩散的原因，电子 空穴扩散又导致出现空间电荷区和内建电场。而内建电场的强度取决于空间电荷 区的电场强度，内建电场具有阻止扩散运动进一步发生的作用。当两者具有统一 费米等级后扩散运动和内建电场的作用相等，p区和n区两端产生一个高度为 "。的势垒。理想p-n结模型下，处于热平衡的p-n结空间电荷区没有载流子， 也没有载流子的产生与复合作用。当有入射光垂直入射到p-n结，只要p-n结结深比较浅，入射光子会透过p-n 结区域甚至能深入半导体内部。如图1-2所示，如果入射光子能量满足关系hv NEg （Eg为半导体材料的禁带宽度），那么这些光子会被材料本征吸收，在p-n 结中产生电子空穴对。光照条件下材料体内产生电子空穴对是典型的非平衡载流 子光注入作用。光生载流子对p区空穴和n区电子这样的多数载流子的浓度影响 是很小的，可以忽略不计。但是对少数载流子将产生显著影响，如p区电子和n 区空穴。在均匀半导体中光照射下也会产生电子空穴对，它们很快又会通过各种 复合机制复合。在pn结中情况有所不同，主要原因是存在内建电场，在内建电 场的驱动下p区光生少子电子向n区运动，n区光生少子空穴向p区运动。这种 作用有两方面的体现，第一是光生少子在内建电场驱动下定向运动产生电流，这 就是光生电流，它由电子电流和空穴电流组成，方向都是由n区指向p区，与内 建电场方向一致；第二，光生少子的定向运动与扩散运动方向相反，减弱了扩散 运动的强度，p-n结势垒高度降低，甚至会完全消失。宏观的效果是在p-n结两 端产生电动势，也就是光生电动势。hhv:©码,6：:© ®：e e：: : :NP图1-2光辐照下的p-n结光辐照p-n结会使p-n结势垒高度降低甚至消失，这个作用完全等价于在p-n 结两端施加正向电压。这种情况下的p-n结就是一个光电池。开路下p-n结两端 的电压叫做开路电压Voc，闭路下这种p-n结等价于一个电源，对应的电流Isc成 为短路电流。光生伏特效应就是光能转化为电能的过程，开路电压和短路电流是 两个基本的参数。ii太阳能电池无光照情况下的电流电压关系一（暗特性）太阳能电池是根据光生伏特效应把太阳能或者光能转化为电能的半导体器 件。如果没有光照，太阳能电池等价于一个p-n结。通常把无光照情况下太阳能 电池的电流电压特性叫做暗特性。近似地，可以把无光照下的太阳能电池等价于 一个理想pn结。其电流电压为肖克莱方程：I = Isexp（）-1（1-1）0其中，I = J A = A（jpp +）为反向饱和电流。A、D、n、p和Ls sL Lnp分别为结面积、扩散系数、平衡电子浓度、平衡空穴浓度和扩散长度。根据肖克莱方程不难发现正向、反向电压下，暗条件下太阳能电池I-V曲线 不对称，这就是p-n结的单向导通性或者说整流特性。对于确定的太阳能电池， 其掺杂杂质种类、掺杂计量、器件结构都是确定的，对电流电压特性具有影响的 因素是温度。温度对半导体器件的影响是这类器件的通性。根据半导体物理原理， 温度对扩散系数、扩散长度、载流子浓度都有影响，综合考虑，反向饱和电流为:J 牝 e（久）1/2 T3+2 exp（） （1-2）s TNakT由此可见随着温度升高，反向饱和电流随着指数因子exp（-土）迅速增大。k T且带隙越宽的半导体材料，这种变化越剧烈。°半导体材料禁带宽度是温度的函数E =气（0） + p T，其中气（0）为绝对零度 时候的带隙宽度。设有气（0） = e0，匕。是绝对零度时导带底和价带顶的电势 差。由此可以得到含有温度参数的正向电流电压关系为：I = AJ 此 T3+2 expe* 匕。）（1-3）kT显然正向电流在确定外加电压下也是随着温度升高而增大的。iii太阳能电池光照情况下的电流电压关系一（亮特性）光生少子在内建电场驱动下定向的运动在p-n结内部产生了 n区指向p区的 光生电流Il，光生电动势等价于加载在p-n结上的正向电压V，它使得p-n结势 垒高度降低qVD - qV。开路情况下光生电流与正向电流相等时，p-n结处于稳态， 两端具有稳定的电势差V”，这就是太阳能电池的开路电压V”。如图1-3所示，在闭路情况下，光照作用下会有电流流过p-n结，显然p-n结相当于一个电源。"vc r t 41 exp（）-1 n rT L?卜 kT，RL图1-3太阳能电池等效电路图光电流I在负载上产生电压降，这个电压降可以使p-n结正偏。如图1-3所 L示，正偏电源产生正偏电流If。在反偏情况下，p-n结电流为I = I -1 = I -1 exp（4 1汁（1-4） L F L S k T随着二极管正偏，空间电荷区的电场变弱，但是不可能变为零或者反偏。光电流 总是反向电流，由此太阳能电池的电流总是反向的。根据图1-3的等效电路图。有两种极端情况是在太阳能电池特性分析中必须 考虑的。其一是负载电阻R =0，这种情况下加载在负载电阻上的电压为零，p-nL结处于短路状态，此时光电池输出电流我们称为短路电流或者闭路电流IC。I = IC =【L （1-5）其二是负载电阻R T8，外电路处于开路状态。流过负载电阻电流为零，L根据等效电路图，光电流正好被正向结电流抵消，光电池两端电压V就是所谓 OC的开路电压。显然有eVI = 0 = Il -1,exp（ -!） （1-6）0得到开路电路电压V 为OCkT IN = -o- ln（1+ -l）（1-7）S开路电压voc和短路电流IC是光电池的两个重要参数。实验上这两个参数通过 确定稳定光照下太阳能电池IV特性曲线与电流、电压轴的截距得到。不难理解， 随着光照强度增大，确定太阳能电池的短路电流和开路电压都会增大。但是随光 强变化的规律不同，短路电流IC正比于入射光强度，开路电压VOC随着入射光 强度对数式增大。从半导体物理基本理论不难得到这个结论。此外，从太阳能电 池的工作原理考虑，开路电压V"不会随着入射光强度增大而无限增大的，它的 最大值是使得pn结势垒为零时的电压值。换句话说太阳能电池的最大光生电压 为pn结的势垒高度v，是一个与材料带隙、掺杂水平等有关的值。实际情况下 最大开路电压值与材料的带隙宽度相当。iv太阳能电池的效率太阳能电池从本质上说是一个能量转化器件，它把光能转化为电能。因此讨 论太阳能电池的效率是必要和重要的。根据热力学原理，我们知道任何的能量转 化过程都存在效率问题，实际发生的能量转化效率不可能是100%。就太阳能电 池而言，我们需要知道转化效率和哪些因素有关，如何提高太阳能电池的效率，最终我们期望太阳光电池具有足够高的效率。太阳能电池的转换效率门定义为输出电能P和入射光能P的比值: min门=Pm X100% = Zm X100%(1-8)PP图1-4太阳能电池最大功率矩形其中 V在I-V关系中构成一个矩形，叫做最大功率矩形。如图1-4光特性I-V 曲线与电流、电压轴交点分别是短路电流和开路电压。最大功率矩形取值点七的 物理含义是太阳能电池最大输出功率点，数学上是I-V曲线上坐标相乘的最大值 点。短路电流和开路电压也构成一个矩形，面积为I V ，定义，£-为占空 sc ocI V系数，图形中它是两个矩形面积的比值。占空系数反应了太阳能电池可实现功率 的度量，通常的占空系数在0.7-0.8之间。太阳能电池本质上是一个p-n结，因而具有一个确定的禁带宽度。从原理我 们得知只有能量大于禁带宽度的入射光子才有可能激发光生载流子并继而发生 光电转化。因此，入射到太阳能电池的太阳光只有光子能量高于禁带宽度的部分 才会实现能量的转化。Si太阳能电池的最大效率是28%左右。对太阳能电池效 率有影响的还有其他很多因素，如大气对太阳光的吸收、表面保护涂层的吸收、 反射、串联电阻热损失等等。综合考虑起来，太阳能电池的能量转换效率大致在 10%-15% 之间。为了提高单位面积的太阳能电池输出功率，可以采用通过光学透镜集中太阳 光。太阳光强度可以提高几百倍，短路电流线性增大，因此透镜集中也是一个有 优势的技术选择。v太阳能电池光谱响应光谱响应表示不同波长的光子产生电子-空穴对的能力。定量的说，太阳能 电池的光谱响应就是当某一波长的光照射在电池表面上时，每一光子平均所能收 集到的载流子数。太阳能电池的光谱响应又分为绝对光谱响应和相对光谱响应。 各种波长的单位辐射光能或对应的光子入射到太阳能电池上，将产生不同的短路 电流，按波长的分布求得其对应的短路电流变化曲线称为太阳能电池的绝对光谱 响应。如果每一波长以一定等量的辐射光能或等光子数入射到太阳能电池上，所 产生的短路电流与其中最大短路电流比较，按波长的分布求得其比值变化曲线， 这就是该太阳能电池的相对光谱响应。但是，无论是绝对还是相对光谱响应，光 谱响应曲线峰值越高，越平坦，对应电池的短路电流密度就越大，效率也越高。太阳电池并不能把任何一种光都同样地转换成电。例如：通常红光转变为电 的比例与蓝光转变为电的比例是不同的。由于光的颜色(波长)不同，转变为电 的比例也不同，这种特性称为光谱响应特性。光谱响应特性的测量是用一定强度 的单色光照射太阳电池，测量此时电池的短路电流，然后依次改变单色光的波长， 再重复测量以得到在各个波长下的短路电流，即反映了电池的光谱响应特性。太阳能电池光谱响应测试：太阳电池的光谱响应R(人)是指在某一特定波长人处，太阳能电池输出的短路电流I(X)与入射到太阳能电池上的辐射功率。) 的比值：R(X) = I(X)/ (X)(1-9)光谱响应特性与太阳能电池的应用：从太阳能电池的应用角度来说，太阳能 电池的光谱响应特性与光源的辐射光谱特性相匹配是非常重要的，这样可以更充 分地利用光能和提高太阳能电池的光电转换效率。例如，有的电池在太阳光照射 下能确定转换效率，但在荧光灯这样的室内光源下就无法得到有效的光电转换。 不同的太阳能电池与不同的光源的匹配程度都是不一样的。而光强和光谱的不 同，会引起太阳能电池输出的变动。vi太阳能电池温度特性除了太阳能电池的光谱特性外，温度特性也是太阳能电池的一个重要特征。 对于大部分太阳能电池，随着温度的上升，短路电流上升，开路电压减少，转换 效率降低。下表给出了单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池输出特性的温度系数(温度 变化1°C对应参数的变化率，单位为：/°C)测定的一次实验结果。可以看出， 随着温度变化开路电压变小，短路电流略微增大，导致转换效率的变低。单晶硅 与多晶硅转换效率的温度系数几乎相同，而非晶硅因为它的间隙大而导致它的温 度系数较低。太阳能电池输出特性温度系数的实例（表中的数值表示温度变化1°c的变化率（/°c）种类开路电压短路电流填充因子FF转换效率n单晶硅太阳能电池-0.320.09-0.10-0.33多晶硅太阳能电池-0.300.07-0.10-0.33非晶硅太阳能电池-0.360.100.03-0.23在太阳能电池板实际应用时必须考虑它的输出特性受温度的影响，特别是室外的太阳能电池，由于阳光的作用，太阳能电池在使用过程中温度可能变化比较 大，因此温度系数是室外使用太阳能电池板时需要考虑的一个重要参数。vii太阳能电池的应用原理太阳能发电系统由太阳能电池板、蓄电池、充电控制器、直流转交流逆变器、 电路保护及用电器组成。如图1-5所示。图1-5太阳能发电系统原理图太阳能电池板转换的电能通过太阳能充电控制器储存到蓄电池中，当我们需 要使用电能时，太阳能充电控制器便将蓄电池中的电能提供给负载，如果需要使 用交流电压，再经过DC/AC逆变器即可。太阳能电池板也可以直接为负载供电，但是由于温度与光照对电池板输出电 压影响较大，一般不会将负载直接与太阳能电池板相连。实验内容该部分实验过程共分为5个子实验，具体安排内容如下：实验一：太阳能电池的暗伏安特性实验暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关 系。本次实验是在闭光条件下，测试太阳能电池的正反向伏安特性。图1-6暗伏安特性测试原理图实验步骤如下：（1）不打开氙灯光源，在室温条件下，将单晶硅太阳能电池片连接到实验台的 暗伏安正向测试端。（2）打开仪器电源，打开“太阳电池组件测试系统”软件，单击组件测试，按实 际情况填写好测试信息，总辐射(光强值)为0W/m2。选择测试特性为暗伏安 正向测试，单击“测试”按钮，选择好相应量程(可见电池片背面)，系统将自动 测试实验数据。测试完成后，测试结果会自动显示在页面上。(3) 将电池片连接到实验台的暗伏安反向测试端，选择测试特性为暗伏安反向 测试，单击测试按钮，测试完成后，系统会自动与前一次的正向测试相整合，认 为是同一次测试。测试结果显示在页面上。(4) 更换多晶硅、非晶硅电池片，重复以上步骤进行测试。实验数据记录：利用系统将自动给出所测得单晶、多晶、非晶硅电池的暗伏安特性原始数据。本节实验思考与讨论：(1) 根据系统所给出的数据，比较不同材质的电池片的暗特性有何异同。注意事项：请按电池片背面的数据选择相应量程，由于每个电池片的串并联方式不同， 相应的正向电压与反向电压的承受能力也不同，如果测试未知电池片，请选择最 小量程，否则可能会损坏电池片和实验设备。实验二：太阳能电池输出特性实验太阳能电池输出特性实验的主要内容是在室温条件下，将光强调到1000W/m2，不加滤光片，分别测量单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的输出电压、电流，并计算输出最大功率、填充因子和转换效率。通过改变负载阻值，记录太阳能电池的输出电压V和电流I，并计算输出功率 P = V XI。OUT1、填充因子计算：FF = P /(V x I )，其中P为输出电压与输出电流的最max OC SCmax大乘积值，VOC为本次测量的开路电压，ISC为本次测量的短路电流。2、 转换效率门计算：门(%)二(P /P )x 100%，其中P为入射到太阳能电池SSmax inin表面的光功率，该光功率由辐射表测得：P=IxS,其中I为辐射表测得光强值，S 为太阳能电池板有效采光面积。实验步骤如下：(1) 打开氙灯风扇，打开氙灯调至最亮，将单晶硅太阳能电池片连接到实验台 的组件测试端，将辐射表连接到实验台的光强检测端。(2) 调整放大镜与测试点位置，使输出光线均匀照射到辐射表上。按下，仪器电 源”按钮，打开测试主机。打开“温度控制系统”软件，在实时监测界面观察总辐射值，使总辐射(即光强值)输出1000W/m2。固定放大镜与测试点位置。(3) 旋转样件测试架，使光线均匀照射到电池片上。打开太阳电池组件测试系 统”软件，单击组件测试，测试特性选择伏安特性，按实际情况填写好测试信息， 单击测试按钮。测试完成后，测试数据及曲线图自动显示在页面上。(4) 更换不同的电池片，分别测量它们的输出特性，比较异同。实验数据记录：利用系统将自动给出所测得单晶、多晶、非晶硅电池伏安输出特性原始数据。本节实验思考与讨论：（1）根据系统所给出的数据，比较不同材质的电池片伏安输特性有何异同。注意事项：实验过程中，请先打开氙灯风扇开关，然后打开氙灯。氙灯点亮后再打开测 试主机，最后打开软件。如更换电池片，可将光源调至最暗，更换完毕后再调回 最亮。实验三：太阳能电池光强实验不加载滤光片，在三种不同光强下测量太阳能电池片的I-V特性，得到不同 光强下的I-V特性曲线、开路电压、短路电流等数据。比较不同光强下伏安特性 的差异。实验步骤如下：（1）将单晶硅电池片连接到实验台的组件测试端，将辐射表连接到实验台的光 强检测端。打开氙灯风扇，打开氙灯调至最亮，打开测试主机。调整放大镜与测试点位置，测试输出光强（同实验二的实验步骤2），使光强为1000W/m2。（2）按实验二的实验步骤测试此电池片的输出特性。（3）旋转“氙灯调光”旋钮，使输出光线变暗。测试并记录其输出光强。（4）更改总辐射值（光强），再次测试输出特性。（5）测试完成后，选择曲线分析页面，页面右侧显示测试数据信息，按住Ctrl” 键，单击鼠标左键，可以选择多个测试数据。选择页面下侧的曲线类型为按光强 整合，单击生成，即可观察不同光强下的测量结果。（6）观察曲线，分析不同光强下的开路电压，短路电流与转换效率等参数有何 异同。实验数据记录：利用系统将自动给出所测得不同光强条件下单晶电池伏安输出特性原始数 据。本节实验思考与讨论：（1）根据系统所给出的数据，做出曲线并观察曲线，分析不同光强下的开路电 压，短路电流与转换效率等参数有何异同。实验四：太阳能电池温度实验最大光强下，不加滤光片，不同温度下测量各种太阳能电池并计算开路电压， 短路电流，转换效率，填充因子等数据，比较不同温度下伏安特性差异。实验步骤如下：（1）打开氙灯风扇，打开氙灯，将太阳能电池板与实验台的组件测试相连，将 辐射表与光强测试相连接。（2）打开测试主机，打开“温度控制系统”软件，测试并记录当前光强。旋转样 件测试架，使光线均匀照射到电池片上。设置实验温度。30秒后，控温装置开 始工作。（3）等温度恒定后，打开“太阳电池组件测试系统”软件。按照实验二的步骤测 试电池片的输出特性。（4）更改实验温度，等温度恒定后，再次测试电池片的输出特性。（5）同实验三的步骤5,选择多个测试数据信息，选择曲线类型为按温度整合， 生成曲线。（6）观察曲线，分析不同温度下的开路电压，短路电流与转换效率等参数有何 异同。实验数据记录：利用系统将自动给出所测得不同温度条件下单晶电池伏安输出特性原始数 据。本节实验思考与讨论：（1）根据系统所给出的数据，做出曲线并观察曲线，分析不同温度条件下的开 路电压，短路电流与转换效率等参数有何异同。实验五：太阳能电池光谱实验加载不同滤光片，用辐射表（已经过波长标定）测量太阳能电池片处的光强 值中以），测试加载滤光片后太阳能电池片的短路电流。分析比较不同波长的光 线对太阳能电池片的影响程度。实验步骤如下：（1）打开氙灯风扇，打开氙灯。将太阳能电池片的两端与实验台的组件测试连 接，将辐射表与实验台的光强检测端连接。（2）打开测试主机，打开“温度控制系统”软件，测试并记录当前光强。（3）旋转样件测试架，使光线均匀照射到电池片上。打开太阳电池组件测试系 统”软件，测试特性选择光谱测试，单击测试后，出现光谱测试实验页面。按照 页面上显示的波长，分别更换相应的滤光片，更换完成后，单击短路电流测试按 钮，即可得到当前滤光片下的短路电流。（4）更换滤光片，分别测试其对应的短路电流。（5）输入总辐射值，单击计算辐射，对应波长的光强值即可算出。（6）全部完成后，单击确定，实验结果即可显示在页面上。（7）更换多晶硅、非晶硅电池片，分别测试它们的光谱特性，比较不同电池片 的光谱响应有何异同。实验数据记录：利用系统将自动给出所测得不同类型滤光片条件下单晶、多晶、非晶硅电池 光谱响应原始数据。本节实验思考与讨论：（1）根据系统所给出的数据，做出曲线并观察曲线，分析加载不同滤光片条件 下的单晶、多晶、非晶硅电池光谱响应曲线有何异同。