一、概述

太阳能是一种新型能源，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光伏发电两方面。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。 本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。

测试仪工作状态图

二、技术指标

本试验仪采用专业光源在实验室模拟太阳光，四块太阳能电池板安装在滑动导轨上。通过太阳辐射计测量光功率，可测量太阳能电池的伏安特性和转换效率。
具体技术指标:
   1.太阳模拟光源：交流220V/150W；
   2.太阳能电池：多晶硅60mm×60mm×0.3W×4片；
   3.每片开路电压：3.78V，短路电流80mA；
   4.直流稳压电源：0～2.5V连续可调；
   5.太阳辐射传感器:测试功率:0～2000W /m2光谱范围:320nm～1100nm 精度小于5%,即可在模拟光源下测量又可在室外太阳下测量太阳辐射值,使学生更好的掌握太阳辐射效率。
   6.直流数字电压表：0～20V，三位半数显指示，精度±0.5%；
   7.直流数字电流表：0～200mA，精度：±0.5%；
   8.负载电阻：0～9999Ω；
   9.光源支架全部为不锈钢材料,主机为铝和金箱式结构,便于携带。

三、实验项目

  1、无光照时太阳能电池的伏安特性测试；

  2、太阳能电池开路电压、短路电流与光强的关系测试；

  3、太阳能电池负载特性与转换效率测试；

  4、太阳能电池的串、并联实验；

  5. 室外的太阳辐射的测量方法实验。

测试仪实物图

四、实验原理

太阳能电池的主要结构为PN结。理想PN结的电流和电压关系由下式（1）给出

（1）

式中，I0是无光照时的反向饱和电流，U是结上的电压，e是电子电荷，k是玻尔兹曼常量，T表示热力学温度，可令。当光照射在太阳能电池表面的PN结上时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度，则光子将被太阳能电池吸收而产生电子－空穴对。太阳能电池输出的净电流I是光生电流IPh和两极管电流Id之差，净电流I由下式给出

（2）

当太阳能电池的输出端短路时，即U=0，由(2)式可得到短路电流ISC=IPh；当太阳能电池的输出端开路时，即I=0，可推得开路电压UOC。正常运行时，IPh比I0高几个数量级，因此(2)式括号中的1可以忽略。
当太阳能电池接上负载电阻后，太阳能电池的输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化，当负载电阻R在某一值时时，太阳能电池的输出功率为最大，即最大输出功率，设此时对应的电压为Um，电流为Im，有Pm=Im*Um。填充因子定义为

  (3)

是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。某状态下值越大，说明太阳能电池在对应该负载电阻情况下对光的利用率越高。