太阳能电池基本特性研究

一、实验目的与要求

（

1）了解太阳能电池的工作原理及应用。

（

2）测绘太阳能电池正向偏压时的 I-U 特性。

（

3）测绘太阳能电池的伏安特性

二、实验类型

综合性实验

三、实验原理及说明

太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目

前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法，一是利
用热能产生蒸气驱动发电机发电，二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究
是

21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。为

此，我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，介绍太阳能电池的电
学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，
联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。

目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电

池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可
以进一步领会半导体

PN 结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。

1、半导体 PN 结原理

。

上图是半导体

PN 结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当 P 型和 N 型半导体材料结合

时，由于

P 型材料空穴多电子少，而 N 型材料电子多空穴少，结果 P 型材料中的空穴向 N

型材料这边扩散，

N 型材料中的电子向 P 型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的

P 型区出现负电荷，N 型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运
动的继续进行，当两者达到平衡时，在

PN 结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自

由载流子，呈现高阻抗。

当

PN 结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒

加强；当

PN 结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，势垒

削弱，使载流子扩散运动继续形成电流，此即为

PN 结的单向导电性,电流方向是从 P 指向

N。

太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时

可将太阳能电池视为一个二极管

,其正向偏压

与通过的电流

的关系为