PN結(jié)太陽(yáng)能電池光生伏特效應(yīng)光譜特性及太陽(yáng)能電池綜合參數(shù)測(cè)試

1、分 數(shù)：評(píng)卷人：研究生電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程報(bào)告題 目：PN 結(jié)太陽(yáng)能電池光生伏特效應(yīng)光譜特性及太陽(yáng)能電池綜合參數(shù)測(cè)試學(xué) 號(hào) 姓 名 專 業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 院（系、所） 年 月 日一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測(cè)量電池光生伏特效應(yīng)的光譜特性并分析影響光伏效應(yīng)的種種因素。測(cè)試AM1.5、稍小光強(qiáng)下的自制電池的I-V特性以及暗特性；完成實(shí)驗(yàn)并計(jì)算6個(gè)重要參數(shù)；并分析討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。二、 實(shí)驗(yàn)儀器：分光光度計(jì)7520型、恒溫樣品臺(tái)、I-V測(cè)試儀、函數(shù)記錄儀三、 太陽(yáng)能電池材料及結(jié)構(gòu)：1. 太陽(yáng)能電池材料種類(lèi)太陽(yáng)電池的材料種類(lèi)繁多，可以有非晶硅、多晶硅、CdTe、CuInxGa（1-x）Se2等半導(dǎo)體的、或三五族、二

2、六族的元素鏈結(jié)的材料等。第一代太陽(yáng)能電池發(fā)展最長(zhǎng)久，技術(shù)也最成熟。種類(lèi)可分為單晶硅（Monocrystalline Silicon）、多晶硅（Polycrystalline Silicon）、非晶硅（Amorphous Silicon）。以應(yīng)用來(lái)說(shuō)是以前兩者單晶硅與多晶硅為大宗，也因應(yīng)不同設(shè)計(jì)的需求需要用到不同材料（例：對(duì)光波長(zhǎng)的吸收、成本、面積.等等）。第二代薄膜太陽(yáng)能電池以薄膜制程來(lái)制造電池，種類(lèi)可分為碲化鎘（Cadmium Telluride CdTe）、銅銦硒化物（Copper Indium Selenide CIS）、銅銦鎵硒化物（Copper Indium Gallium Sele

3、nide CIGS）、砷化鎵。第三代電池與前代電池最大的不同是制程中導(dǎo)入有機(jī)物和納米科技。種類(lèi)有光化學(xué)太陽(yáng)能電池、染料光敏化太陽(yáng)能電池、高分子太陽(yáng)能電池、納米結(jié)晶太陽(yáng)能電池。第四代則針對(duì)電池吸收光的薄膜做出多層結(jié)構(gòu)。某種電池制造技術(shù)，并非僅能制造一種類(lèi)型的電池，例如在多晶硅制程，既可制造出硅晶版類(lèi)型，也可以制造薄膜類(lèi)型。2. 太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)光生伏特效應(yīng)簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)，它是半導(dǎo)體PN結(jié)的基本光學(xué)性質(zhì)之一。光伏效應(yīng)不僅存在于PN結(jié)中，而且還存在于所有含有內(nèi)建電勢(shì)的兩種固體材料的界面中。如金屬-半導(dǎo)體接觸的肖特基勢(shì)壘也有此效應(yīng)。對(duì)于淺結(jié)二極管，當(dāng)光線垂直于結(jié)面照射時(shí)，光子進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)，能量大于半

4、導(dǎo)體禁帶寬度的光子因本征吸收而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)（見(jiàn)圖1c）。勢(shì)壘區(qū)外一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度內(nèi)的光生少子受PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用均被掃到對(duì)邊，在n區(qū)和p區(qū)分別形成電子和空穴的積累，產(chǎn)生一光生電動(dòng)勢(shì)。此光生電動(dòng)勢(shì)又給PN結(jié)以正向偏壓，使PN結(jié)的勢(shì)壘降低。于是，在PN結(jié)內(nèi)部，既有由n區(qū)流向p區(qū)的光生電流IL，又有與IL方向相反的正向電流IF。在穩(wěn)定光照下，開(kāi)路的PN結(jié)內(nèi)IL=IF，形成穩(wěn)定的光生電壓VOC。短路情況下，IF=0，光生電流IL全部流經(jīng)外電路。這種由內(nèi)建電場(chǎng)引起的光電效應(yīng)稱為光生伏特效應(yīng)。太陽(yáng)電池就是這種效應(yīng)最直接的應(yīng)用。太陽(yáng)電池基本上就是一個(gè)大面積的PN結(jié)。N+P太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。N+

5、擴(kuò)散層為頂區(qū)，P型硅襯底為基區(qū)，PN結(jié)兩邊的耗盡層為勢(shì)壘區(qū)。實(shí)驗(yàn)中使用的是一塊面積2×2cm2的太陽(yáng)能電池板，PN結(jié)中N+表面有一層減反膜，膜表面有一層?xùn)判徒饘匐姌O，P表面覆蓋一層金屬電極（形成歐姆接觸）。利用柵型電極增加光注入，減反射膜減少硅表面光反射損失。由于太陽(yáng)光在高能區(qū)(波長(zhǎng)0.4至0.8微米范圍內(nèi))存在強(qiáng)輻照，所以設(shè)計(jì)為淺結(jié)Pn結(jié)可提高電池高能光譜效應(yīng)。在這種結(jié)構(gòu)下，太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路后就產(chǎn)生電流。圖1 太陽(yáng)能電池基本結(jié)構(gòu)3. 太陽(yáng)能電池等效電路(a) (b)圖2 (a)

6、理想光電池等效電路 (b)太陽(yáng)能電池的實(shí)際等效電路圖2(a)是利用PN結(jié)光生伏特效應(yīng)做成的理想光電池的等效電路圖，圖中把光照下的p-n結(jié)看作一個(gè)理想二極管和恒流源并聯(lián)，恒流源的電流即為光生電流IL，RL為外負(fù)載。這個(gè)等效電路的物理意義是：太陽(yáng)能電池光照后產(chǎn)生一定的光電流IL，其中一部分用來(lái)抵消結(jié)電流Ij，另一部分即為供給負(fù)載的電流IR。其端電壓V、結(jié)電流I以及工作電流I的大小都與負(fù)載電阻R有關(guān)，但負(fù)載電阻并不是唯一的決定因素。而實(shí)際的太陽(yáng)能電池，由于前面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，基區(qū)和頂層都不可避免的要引入附加電阻。流經(jīng)負(fù)載的電流，經(jīng)過(guò)它們時(shí)，必然引起損耗。在等效電路中

7、，可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻RS來(lái)表示。由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時(shí)，在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過(guò)負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻RSH來(lái)等效。則實(shí)際的光電池的等效電路如圖2(b)所示 。p-n結(jié)光生伏特效應(yīng)最主要的應(yīng)用是作為太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)輻射的光能有一個(gè)光譜分布，禁帶寬度越窄的半導(dǎo)體，可以利用的光譜越廣。但是，禁帶寬度Eg 太小的話相應(yīng)能產(chǎn)生的光電動(dòng)勢(shì)又會(huì)比較小。反之，Eg大的半導(dǎo)體，雖然VOC 可以提高，但可以利用的太陽(yáng)光譜范圍就會(huì)比較小。也就是說(shuō)，開(kāi)路電壓Voc 隨Eg 的增大而增

8、大，但另一方面，短路電流密度JSC 隨Eg 的增大而減小。結(jié)果是可期望在某一個(gè)確定的g 處出現(xiàn)太陽(yáng)能電池效率的峰值。四、 太陽(yáng)能電池光譜響應(yīng)半導(dǎo)體GaAs和Si對(duì)各種不同波長(zhǎng)的光的吸收系數(shù)有圖3所示的分布。而只有勢(shì)壘區(qū)兩側(cè)一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度范圍內(nèi)光產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)才可以被電極收集形成光電流，譜響應(yīng)范圍：400-1000nm。輸出特性：Voc隨光強(qiáng)增加很快趨于飽和，與面積無(wú)關(guān)。Isc與光強(qiáng)和光照面積成正比。圖3 半導(dǎo)體GaAs和Si對(duì)各種不同波長(zhǎng)的光的吸收系數(shù)太陽(yáng)光譜中，不同波長(zhǎng)的光具有的能量是不同的，所含的光子的數(shù)目也是不同的。因此，太陽(yáng)能電池接受光照射所產(chǎn)生的光子數(shù)

9、目也就不同。為反映太陽(yáng)能電池的這一特性，引入了光譜響應(yīng)這一參量。太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)又分為等量子光譜響應(yīng)和等能量光譜響應(yīng)。表示一定波長(zhǎng)的入射光子所能產(chǎn)生并被收集的電子數(shù)為等量子光譜響應(yīng)，。表示單位能量某一波長(zhǎng)的光照到電池上所產(chǎn)生的光電流強(qiáng)度為等能量光譜響應(yīng)，。這樣我們得到光電流密度為: 其中I0() 是陽(yáng)光中波長(zhǎng)為,帶寬為d的入射光子數(shù)。從以上兩式可以得到電池光電流是由太陽(yáng)光譜分布和電池光譜的響應(yīng)兩大因素決定的。獨(dú)立于太陽(yáng)光譜外的電池光譜響應(yīng)，是電池自身所有影響光生非子產(chǎn)生和收集的諸因素的概括。這些因素的定量分析，必須依賴單色光電流的理論描述，通過(guò)連續(xù)性方程可求解。在給定波長(zhǎng)下，單位光譜帶寬的電

10、池光電流由三部分組成：N區(qū)少子空穴電流、P區(qū)少子電子電流、勢(shì)壘區(qū)光產(chǎn)生非子電流。從表達(dá)式中可以看到光電池單色光電流響應(yīng)是其材料參數(shù)（禁帶寬度，擴(kuò)散系數(shù)，壽命，電阻率，吸收系數(shù)）。五、 負(fù)載I-V特性1. 電池伏-安特性(a)電池的光特性和暗特性 (b)補(bǔ)償法測(cè)得的電池光特性圖4 太陽(yáng)能電池伏安特性曲線負(fù)載特性就是太陽(yáng)電池在外接負(fù)載情況下的伏安特性。它能全面反映電池的PN結(jié)特性及歐姆接觸電阻等分布參數(shù)，是電池最主要的特性。它的測(cè)量能給出電池最大輸出功率、光電轉(zhuǎn)換效率、電池串聯(lián)電阻以及PN結(jié)的特性參數(shù)。負(fù)載電流I=IL-IF，其中IF=I0(eqVAKT-1)，A是PN結(jié)質(zhì)量因子；當(dāng)R=0時(shí)，V=

11、0，IF=0，得ISC=IL；VOC=AK0Tqln(ISCI0+1)當(dāng)R=時(shí)，I=0，IF=IL=ISC，電池開(kāi)路，此時(shí)得到開(kāi)路電壓 2. 補(bǔ)償法原理負(fù)載特性測(cè)量有直接法和補(bǔ)償法。因直接法不能實(shí)現(xiàn)開(kāi)路狀態(tài)，也達(dá)不到短路效果，而補(bǔ)償法能測(cè)得完整的負(fù)載特性曲線，且補(bǔ)償法還有助于深入理解太陽(yáng)電池的工作機(jī)理，還可以進(jìn)行暗特性的測(cè)量，所以我們選擇補(bǔ)償法進(jìn)行測(cè)量。太陽(yáng)電池在光照下的伏安特性稱為光伏安特性，無(wú)光照時(shí)的伏安特性稱為暗伏安特性，圖4（a）給出了這兩種伏安特性的曲線。電池光伏安特性曲線是電池光生電流隨電壓變化的曲線。因?yàn)楣怆娏髋c正向電流方向相反，所以對(duì)光生電流而言，電流軸要反過(guò)來(lái)，如圖4（b）所

12、示。補(bǔ)償法是基于電池負(fù)載特性分析所引出的方法。理想電池相當(dāng)于一個(gè)電流為IL的恒流源與一只正向二極管的并聯(lián)。圖5 直接法測(cè)電池負(fù)載特性(a)直接法電路圖；(b)直接法測(cè)得負(fù)載特性圖6 補(bǔ)償法線路圖補(bǔ)償法的測(cè)試電路如圖6所示,它實(shí)際上就是兩個(gè)阻值相同的電阻r串聯(lián)后與電位器的總電阻R及穩(wěn)壓電源E并聯(lián)，然后由電位器的滑動(dòng)臂和兩個(gè)電阻r的連接點(diǎn)引出一個(gè)支路，與電池、取樣電阻(R)一起構(gòu)成一個(gè)形如惠斯頓電橋的電路。其電池、取樣電阻支路就等同于惠斯頓電橋的檢流計(jì)支路，所不同的是, 這個(gè)支路帶有象征直流電源的光電池。我們把圖4中的電池和取樣電阻支路斷開(kāi)后, 從a,b兩個(gè)端點(diǎn)看進(jìn)去（圖中虛線部分），它是一個(gè)由線

13、性元件構(gòu)成的有源二端網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)戴維南定理，它可以由一個(gè)等效電壓源代替。等效電壓源的電動(dòng)勢(shì)等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓，其內(nèi)阻等于電源E短路時(shí)的等效電阻。當(dāng)a處于中間位置時(shí)，Vab=0，電池取樣電阻支路I=0，V=VOC；當(dāng)Va>Vb，電池支路正偏，I=IL-IF<0，I-V曲線進(jìn)入第四象限；當(dāng)Va<Vb，電池支路反偏，I=IL-IF逐漸增大，當(dāng)Vab的反向電壓剛好等于取樣電阻R上的電壓時(shí)，PN結(jié)零偏。IF=0，I= IF=ISC，稱為短路電流；當(dāng)Vab進(jìn)一步變負(fù)，PN結(jié)負(fù)偏，I-V曲線進(jìn)入第二象限。所以，通過(guò)改變pn結(jié)偏壓，能夠測(cè)得完整的負(fù)載特性曲線，而且還可以進(jìn)行暗特性的測(cè)量

14、。六、 系統(tǒng)原理1. 光譜響應(yīng)系統(tǒng)原理電池的電流光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)由光源、分光光度計(jì)和微安表組成（如圖7）。分光光度計(jì)含有兩種光源（鎢燈和氘燈），它能提供波長(zhǎng)從195nm到1000nm的單色光，并可根據(jù)需要切換氘燈和鎢燈。在鎢燈光源下，不同波長(zhǎng)、不同狹縫下的單色光能量，事先已用光能量計(jì)測(cè)量好，并且已制成表格供實(shí)驗(yàn)者用。微安表用來(lái)讀取電池單色光短路電流。分光光度計(jì)中的單色儀是利用分光棱鏡的色散作用，把復(fù)色光分解成單色光，通過(guò)波長(zhǎng)鼓輪的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)分光棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，使經(jīng)過(guò)分光所得到的一組色帶在出射狹縫平面上移動(dòng)。對(duì)應(yīng)于鼓輪一定的轉(zhuǎn)角，便使得相應(yīng)波長(zhǎng)的那部分準(zhǔn)單色光射出狹縫，落到太陽(yáng)電池的表面，提供給測(cè)試者

15、使用。圖7 直流法測(cè)量太陽(yáng)能電池光譜響應(yīng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖2. 太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)補(bǔ)償法的實(shí)驗(yàn)電路如圖8所示。這一電路是為全面測(cè)量電池的光、暗特性而設(shè)計(jì)的，同時(shí)為了比較，還附加了直接法測(cè)量電路。所有這些特性曲線均可用記錄儀記錄。其電壓值由直流數(shù)字電壓表讀取，電流值由毫安表測(cè)得的短路電流ISC定標(biāo)。實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備有：a.樣品臺(tái)及溫控系統(tǒng) b.測(cè)試控制儀 c模擬太陽(yáng)光(鎢燈)及穩(wěn)壓電流dDC穩(wěn)壓電流及數(shù)字電壓表e函數(shù)記錄儀（X接電壓，Y接電流）。圖8 太陽(yáng)電池I-V特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)電路圖實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用模擬太陽(yáng)光，這里采用經(jīng)0.30.5%硫酸銅水溶液濾去部分紅外光的碘鎢燈光源，其光譜曲線如圖9所示。實(shí)驗(yàn)中借助于“

16、標(biāo)準(zhǔn)”電池調(diào)節(jié)光源電壓或調(diào)節(jié)硫酸銅水溶液的量，使其模擬太陽(yáng)光為AM1.5的光譜照度或其它所需照度。AM1.5是指大氣質(zhì)量為1.5。它是表征太陽(yáng)實(shí)際輻照條件的量。因?yàn)榇髿鈱又写嬖诖罅康乃魵?、二氧化碳、氧氣、臭氧和塵埃，當(dāng)太陽(yáng)光通過(guò)大氣層時(shí)，它們將對(duì)太陽(yáng)輻射產(chǎn)生吸收、散射或反射，使太陽(yáng)的輻照度被削弱。其削弱的程度與太陽(yáng)光通過(guò)大氣層的距離有關(guān)。對(duì)于同樣的大氣層厚度，太陽(yáng)光直射和斜射通過(guò)大氣層的距離是不相同的。故用大氣質(zhì)量（AM），即太陽(yáng)光斜射通過(guò)大氣層的距離與太陽(yáng)光直射通過(guò)大氣層的距離之比，來(lái)表征太陽(yáng)的實(shí)際輻照條件。七、 實(shí)驗(yàn)步驟，現(xiàn)象及問(wèn)題分析1. 太陽(yáng)能光譜l 打開(kāi)光源穩(wěn)流穩(wěn)壓源(已選鎢燈。其

17、他無(wú)需打開(kāi))。l 將太陽(yáng)電池樣品夾于暗室內(nèi)，處于光路中，外接微安表；讓波長(zhǎng)（轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕1）為500-600nm的范圍，使光斑正射于電池上。現(xiàn)象：微安表指針偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生光電流問(wèn)題分析：微安表指針?lè)崔D(zhuǎn)，這時(shí)由于電極反接了，應(yīng)及時(shí)換接電極。（用電流表判斷電池極性）l 選擇適當(dāng)?shù)莫M縫寬度。一般短波段選較大狹縫，長(zhǎng)波段選較小狹縫。方法為：將波長(zhǎng)鼓輪旋到1000nm處，然后調(diào)節(jié)狹縫旋鈕，使微安表指針至80uA或稍大。l 從波長(zhǎng)400nm開(kāi)始，以25nm間隔，改變波長(zhǎng)。現(xiàn)象：微安表示數(shù)先增大后減小l 選定波長(zhǎng)后，即可讀出對(duì)應(yīng)的微安Jsc值。記錄選定狹縫下的波長(zhǎng)及Jsc。l 由狹縫、波長(zhǎng)值，查表并記錄各單色光光能

18、量值。上機(jī)做數(shù)據(jù)處理。問(wèn)題分析：最后數(shù)據(jù)處理時(shí)出現(xiàn)Ln=NaNum的錯(cuò)誤，這是由于400nm和425nm的電流數(shù)據(jù)很小是正常的，但是不應(yīng)該是0，而如果兩個(gè)都是零的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)把線性區(qū)間定位400nm-425nm，這時(shí)Ln、Sn就無(wú)法求解。2. 太陽(yáng)能電池l 準(zhǔn)備a) 將太陽(yáng)能電池放在工作臺(tái)上，已放置好(不要用手模電池)b) 把X軸，Y軸旋至短路檔，打開(kāi)函數(shù)記錄儀，分別旋動(dòng)兩個(gè)調(diào)零旋鈕，定原點(diǎn)。落筆畫(huà)出X、Y軸，抬筆回原點(diǎn)，然后關(guān)閉函數(shù)記錄儀電源。c) 選量程，X調(diào)至50mV/cm檔，Y調(diào)至5 mV/cm檔d) 打開(kāi)各部分電源，把儀器的相關(guān)控制鈕調(diào)至正確位置。（溫控器風(fēng)扇選“開(kāi)”；DC穩(wěn)壓電流調(diào)

19、為5V；測(cè)試控制儀選擇“補(bǔ)償法”）l 測(cè)試Voc及Isc（強(qiáng)，弱光）a) 把控光穩(wěn)壓電源慢慢調(diào)至8A（AM1.5）；b) 把測(cè)試控制儀旋至Voc檔，在DC電壓表上讀出Voc值；c) 把測(cè)試控制儀旋至Isc檔，在測(cè)試控制儀電流表上讀出Iscl 畫(huà)出不同光強(qiáng)下三條IV特性曲線a) 將測(cè)試控制儀調(diào)至IV檔，先在函數(shù)記錄儀抬筆狀態(tài)下，調(diào)節(jié)測(cè)試控制儀上可變電阻，試畫(huà)曲線，在合適位置落筆，畫(huà)出完整曲線。（曲線畫(huà)完將可變電阻調(diào)到37點(diǎn)處）b) 調(diào)節(jié)控光穩(wěn)壓器電流，減弱光強(qiáng)使Y軸小于原光強(qiáng)約1cm（抬筆調(diào)可變電阻）。重復(fù)a步驟的操作，畫(huà)出曲線。（曲線畫(huà)完將可變電阻調(diào)到37點(diǎn)處）c) 調(diào)節(jié)光控穩(wěn)壓器至最低，將其

20、關(guān)閉。把黑布小心的覆蓋在電池上，將電池避光，把記錄儀Y軸的兩線交換，然后再重復(fù)a步操作，畫(huà)出曲線。d) 畫(huà)好曲線后，將可變電阻調(diào)到37點(diǎn)處，再關(guān)記錄儀電源、燈源，避免記錄儀碰撞。問(wèn)題分析：1. 畫(huà)曲線過(guò)程中可能發(fā)現(xiàn)曲線是雜亂的，雖然多描幾次圖形趨勢(shì)還是比較正確的但是圖形雜亂。這是由于太陽(yáng)能電池放置太久，損耗很大，表面不規(guī)則，光電流不穩(wěn)定所致。2. 在畫(huà)暗電流時(shí)，一直是直線。檢查一下發(fā)現(xiàn)Y軸兩線忘記交換了，而暗電流是第四象限曲線，所以需要反方向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)控光穩(wěn)壓器電流旋鈕，使其繪制到第一象限。3. 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，電流表大小一直不正確。后來(lái)發(fā)現(xiàn)這是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備線有些虛接。當(dāng)重新接一下引線后，電流顯示正

21、常。說(shuō)明設(shè)備的導(dǎo)線也有些老化。八、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1. 太陽(yáng)能光譜a) 測(cè)Ln：表 1 “pn結(jié)光生伏特效應(yīng)光譜特性研究” 測(cè)量Ln數(shù)據(jù)表序號(hào)波長(zhǎng)/nm電流/uA功率/uWQq()1/Qq()()/um-11/()/um14000.58.550.1812595.5169761.9486360.513182425116.090.1813055.5155651.5953250.6268313450227.50.2003734.9906861.3127920.7617354475456.40.1851155.4020391.0846890.92192355006.5102.60.1570916.

22、3657420.8990031.112343652510.5153.40.1616446.1864340.7467651.3391097550162000.1803365.5452060.6211821.6098358575222610.1817485.5021280.517041.934084960032.53520.1907855.24150.4302972.3239781062539.54840.1618926.1769390.3577772.79503711650456180.1388887.200030.2969693.36735512675537540.1291097.745407

23、0.2458654.06727213700598840.1182118.4594730.2028484.92979114725679930.1153838.6667740.1666076.002143157507511210.1105999.0417110.136077.349169167757812020.1038119.6328890.1103559.061642178008012890.09618410.3967580.08873511.269514188258114050.08663811.5422440.07060314.163686198507915210.07575913.199

24、760.05545318.033165208757516390.06483815.4230670.04286123.331364219007017130.05629317.7642480.03246730.800765229256117510.04669421.4162310.02396841.722841239504717170.03572427.9924590.01710658.460515249754316150.03385729.5361370.0116685.7620862510003415010.02808435.6079340.007443134.354427選取的狹縫寬度為1.

25、70mm，線性區(qū)域的波長(zhǎng)范圍是700nm950nm，Ln17.600874um。b) 測(cè)Sn：利用1）中的線性范圍，算出Sn結(jié)果如下：表2 “pn結(jié)光生伏特效應(yīng)光譜特性研究”測(cè)量Sn數(shù)據(jù)表I/nmSn/um13700-19885.37614725-19885.37615750-19885.37616775-19885.37617800-19885.37618825-19885.37619850-19885.37620875-19885.37621900-19885.37622925-19885.37623950-19885.376表3 “pn結(jié)光生伏特效應(yīng)光譜特性研究”測(cè)量Sp數(shù)據(jù)表I/nmS

26、p/um1400-606425.48424251369171.8013450111774.679447574281.191550077315.055652525855.3567550-4594.3858575-14744.836c) 實(shí)驗(yàn)曲線：在穩(wěn)定光照下，開(kāi)路的PN結(jié)內(nèi)IL=IF，形成穩(wěn)定的光生電壓VOC，短路情況下，IF=0，光生電流IL全部流經(jīng)外電路。光譜響應(yīng)是表示不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生電子空穴對(duì)的能力。太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)就是某一波長(zhǎng)的光照射到PN結(jié)表面時(shí)，每一光子平均所能收集的載流子數(shù)。等量子光譜響應(yīng)Qq()表示波長(zhǎng)為的一個(gè)光子入射到電池上所收集到的平均光電子數(shù)。從表中數(shù)據(jù)可以看出，從40

27、0nm-1000nm，隨著波長(zhǎng)的增大，響應(yīng)Qq()逐漸減小，吸收數(shù)()逐漸減小，1/Qq()與1/()之間的曲線如圖10所示。圖 10 1/Qq()1/()圖2. 太陽(yáng)能電池圖11 實(shí)驗(yàn)所得I-V曲線根據(jù)曲線及數(shù)據(jù)和公式計(jì)算并分析太陽(yáng)電池6個(gè)重要參數(shù)。a) 最大輸出功率和最佳負(fù)載在AM1.5的曲線上，根據(jù)各點(diǎn)的IV乘積值最大，得Vm=0.33V,Im=65mA,所以Rm=VmIm=0.33V65mA=5.08 ，Pm=VmIm=65mA×0.33V=21.45mwb) 填充因子FF=PmVocIsc=21.45mw0.533V×84mA=0.479c) 光轉(zhuǎn)換效率=PmAPin=FFIscVocAPin=21.45mw100mw/cm2×4cm2=5.36%d) 串聯(lián)電阻RS(1) Pa(0.33,65) P