PN结太阳能电池光生伏特效应光谱特性及太阳能电池综合参数测试 -(2)

当R=时，I=0，IF=IL=ISC，电池开路，此时得到开路电压

2. 补偿法原理

负载特性测量有直接法和补偿法。因直接法不能实现开路状态，也达不到短路效果，而补偿法能测得完整的负载特性曲线，且补偿法还有助于深入理解太阳电池的工作机理，还可以进行暗特性的测量，所以我们选择补偿法进行测量。

太阳电池在光照下的伏安特性称为光伏安特性，无光照时的伏安特性称为暗伏安特性，图4（a）给出了这两种伏安特性的曲线。电池光伏安特性曲线是电池光生电流随电压变化的曲线。因为光电流与正向电流方向相反，所以对光生电流而言，电流轴要反过来，如图4（b）所示。补偿法是基于电池负载特性分析所引出的方法。理想电池相当于一个电流为IL的恒流源与一只正向二极管的并联。

图5 直接法测电池负载特性(a)直接法电路图；(b)直接法测得负载特性

图6 补偿法线路图

补偿法的测试电路如图6所示,它实际上就是两个阻值相同的电阻r串联后与电位器的总电阻R’及稳压电源E并联，然后由电位器的滑动臂和两个电阻r的连接点引出一个支路，与电池、取样电阻(R)一起构成一个形如惠斯顿电桥的电路。其电池、取样电阻支路就等同于惠斯顿电桥的检流计支路，所不同的是, 这个支路带有象征直流电源的光电池。我们把图4中的电池和取样电阻支路断开后, 从a,b两个端点看进去（图中虚线部分），它是一个由线性元件构成的有源二端网络。根据戴维南定理，它可以由一个等效电压源代替。等效电压源的电动势等于

有源二端网络的开路电压，其内阻等于电源E短路时的等效电阻。

当a处于中间位置时，Vab=0，电池取样电阻支路I=0，V=VOC； 当Va>Vb，电池支路正偏，I=IL-IF<0，I-V曲线进入第四象限； 当Va

当Vab的反向电压刚好等于取样电阻R上的电压时，PN结零偏。

IF=0，I= IF=ISC，称为短路电流；当Vab进一步变负，PN结负偏，I-V曲线进入第二象限。 所以，通过改变pn结偏压，能够测得完整的负载特性曲线，而且还可以进行暗特性的测量。

六、 系统原理

1. 光谱响应系统原理

电池的电流光谱响应测量系统由光源、分光光度计和微安表组成（如图7）。分光光度计含有两种光源（钨灯和氘灯），它能提供波长从195nm到1000nm的单色光，并可根据需要切换氘灯和钨灯。在钨灯光源下，不同波长、不同狭缝下的单色光能量，事先已用光能量计测量好，并且已制成表格供实验者用。微安表用来读取电池单色光短路电流。

分光光度计中的单色仪是利用分光棱镜的色散作用，把复色光分解成单色光，通过波长鼓轮的旋转，带动分光棱镜转动，使经过分光所得到的一组色带在出射狭缝平面上移动。对应于鼓轮一定的转角，便使得相应波长的那部分准单色光射出狭缝，落到太阳电池的表面，提供给测试者使用。

图7 直流法测量太阳能电池光谱响应系统简图

2. 太阳能电池测试系统

补偿法的实验电路如图8所示。这一电路是为全面测量电池的光、暗特性而设计的，同时为了比较，还附加了直接法测量电路。所有这些特性曲线均可用记录仪记录。其电压值由直流数字电压表读取，电流值由毫安表测得的短路电流ISC定标。

实验的主要设备有：

a.样品台及温控系统 b.测试控制仪 c．模拟太阳光(钨灯)及稳压电流d．DC稳压电流及数字电压表e．函数记录仪（X接电压，Y接电流）。

图8 太阳电池I-V特性测试实验电路图

实验过程中采用模拟太阳光，这里采用经0.3~0.5%硫酸铜水溶液滤去部分红外光的碘钨灯光源，其光谱曲线如图9所示。实验中借助于“标准”电池调节光源电压或调节硫酸铜水溶液的量，使其模拟太阳光为AM1.5的光谱照度或其它所需照度。AM1.5是指大气质量为1.5。它是表征太阳实际辐照条件的量。因为大气层中存在大量的水蒸气、二氧化碳、氧气、臭氧和尘埃，当太阳光通过大气层时，它们将对太阳辐射产生吸收、散射或反射，使太阳的辐照度被削

弱。其削弱的程度与太阳光通过大气层的距离有关。对于同样的大气层厚度，太阳光直射和斜射通过大气层的距离是不相同的。故用大气质量（AM），即太阳光斜射通过大气层的距离与太阳光直射通过大气层的距离之比，来表征太阳的实际辐照条件。

七、 实验步骤，现象及问题分析

1. 太阳能光谱

? 打开光源稳流稳压源(已选钨灯。其他无需打开)。

? 将太阳电池样品夹于暗室内，处于光路中，外接微安表；让波长（转动旋钮1）为

500-600nm的范围，使光斑正射于电池上。 现象：微安表指针偏转，产生光电流

问题分析：微安表指针反转，这时由于电极反接了，应及时换接电极。（用电流表判断电池极性）

? 选择适当的狭缝宽度。一般短波段选较大狭缝，长波段选较小狭缝。方法为：将波长

鼓轮旋到1000nm处，然后调节狭缝旋钮，使微安表指针至80uA或稍大。 ? 从波长400nm开始，以25nm间隔，改变波长。

现象：微安表示数先增大后减小

? 选定波长后，即可读出对应的微安Jsc值。记录选定狭缝下的波长及Jsc。 ? 由狭缝、波长值，查表并记录各单色光光能量值。上机做数据处理。 …… 此处隐藏：291字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……