太陽(yáng)能電池特性實(shí)驗(yàn)儀

能源短缺和地球生態(tài)環(huán)境污染已經(jīng)成為人類的最大問(wèn)題。本世紀(jì)初進(jìn)行的世界能源量顯示，全球剩余煤炭只能維持約216維4561年，用于核發(fā)電的鈾也只能維持71CO2O2CO已經(jīng)超過(guò)502排放量占世界的1%，僅次于，所以減少排放C2、S2等溫室氣體，已經(jīng)成為刻不容緩的大事。推廣使用輻射能、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源是今后的必然趨勢(shì)。，于太此 。的光輻射可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭的能源。與地球的平均距離為15。在地球大氣圈外，輻射的功率密度為.353kWm2，稱為常數(shù)。到達(dá)地球表面時(shí)，部分光被大氣層吸收，光輻射的強(qiáng)度降低。在地球海平面上，正午垂直入射時(shí)，輻射的功率密度約為1kW/2試。能量非常巨大，從到地球的總輻射功率比目前全世界的平均消費(fèi)電力還要大數(shù)十萬(wàn)倍。每年到達(dá)地球的輻射能相當(dāng)于49000的。數(shù)用而產(chǎn)染源力廣能世勢(shì)。能發(fā)電有兩種方式。光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高。光—電直接轉(zhuǎn)換方式是利用光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)化為電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是能電池。與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，能發(fā)電目前成本較高，所以通常用于遠(yuǎn)離傳統(tǒng)電源的偏遠(yuǎn)地區(qū)，2002年，國(guó)家有關(guān)部委啟動(dòng)了“西部省區(qū)無(wú)電鄉(xiāng)通電”，通過(guò)能和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū)無(wú)電鄉(xiāng)的用電問(wèn)題。隨著研究工作的深入與生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，能發(fā)電的成本下降很快，而資源枯竭與環(huán)境保護(hù)導(dǎo)致傳統(tǒng)電源成本上升。能發(fā)電有望在不久根據(jù)所用材料的不同，能電池可分為硅能電池，化合物能電池，聚合物能電池，有機(jī)能電池等。其中硅能電池是目前發(fā)展最成，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。能電池利用P-N結(jié)受光照射時(shí)的光伏效應(yīng)發(fā)電，能電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積平P-N結(jié)，圖1P-N結(jié)示意圖。P型中有相當(dāng)數(shù)量的空穴，幾乎電子。N型中有相當(dāng)數(shù)量的自由電子，幾乎沒(méi)有空穴。當(dāng)兩種結(jié)合在一起形成P-N結(jié)時(shí)，N

勢(shì)壘電場(chǎng)方 空間電荷圖 P-N結(jié)示意圖電）NP-N結(jié)附近形成空間電荷區(qū)與勢(shì)壘電場(chǎng)。勢(shì)壘電場(chǎng)會(huì)使載流子向擴(kuò)散的反方向作漂移，最終擴(kuò)散與漂移達(dá)到平衡，使流過(guò)P-N結(jié)的凈電流為零。在空間電荷區(qū)內(nèi)，PN區(qū)的電子復(fù)合，NP區(qū)的空穴復(fù)合，使該區(qū)內(nèi)幾NPN區(qū)有過(guò)量的電子而帶負(fù)電，P區(qū)有過(guò)量的空穴而帶正在一定的光照條件下，改變能電池負(fù)載電阻的大小，測(cè)量其輸出電壓與輸出電流，得到輸出伏安特性，如圖2實(shí)線所示。負(fù)載斷開(kāi)時(shí)測(cè)得的最大電壓VOC稱為開(kāi)路電壓。P-V曲線如圖2點(diǎn)劃線所示。輸出功率Pmax。

圖 VFFV

I

填充因子是表征電池性能優(yōu)劣的重要參硅光電池FF值在0.75~0.8之間。Ps(%)max

V

圖 硅能電池分為單晶硅能電池、多晶硅薄膜能電池和非晶硅薄膜能單晶硅能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率可達(dá)到15%。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。但由于單晶硅價(jià)格高，大幅度降低其成本很，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅能電池的替代產(chǎn)品。多晶硅薄膜能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其最高轉(zhuǎn)換效率為18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到10%。因此，多晶硅薄膜電池可能在未來(lái)的能電池市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。非晶硅薄膜能電池成本低，重量輕，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性及提高轉(zhuǎn)換率，無(wú)疑是能電池的主要發(fā)展方向之一。圖4能電池實(shí)驗(yàn)裝光源采用碘鎢燈，它的輸出光譜接近光譜。調(diào)節(jié)光源與能電池之間的