太阳能电池伏安特性的测量.docx

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内电场
©空穴 @电子
图2载流子扩散形成内电场
直到扩散作用与阻挡作用达到一种动态平衡。一般所说
PN结就是指这层阻挡层。
实验17太阳能电池伏安特性的测量
太阳能电池也称光伏电池，是将太阳辐射能直接转换为电能的半导体器件。它是太阳能发
电系统的心脏。它具有不消耗常规能源、寿命长、维护简单、使用方便、无噪音、无污染
等优点。太阳能电池已作为空间探索的基本电源和地面无电、 少电地区及某些特殊领域 （通
信设备，气象台站，航标灯的重要电源。目前，太阳电池已广泛用于收音机、计算机、交
通信号等方面。在发达国家太阳能光伏发电已进入城市电网。太阳能光伏发电有望成为 21
世纪的重要能源，在世界能源构成中占有一定的地位。
实验目的
了解太阳能电池的工作原理及基本结构。
测量太阳能电池的伏安特性曲线。 实验原理
太阳能电池的结构
硅光电池按衬底材料的不同可分为 2DR和2CR型。图1为2DR型结构示意图。它是
以P型硅为衬底（厚约 500卩m）,在其上 面用扩散法制作一层厚约 层，并将它作为受光面。在 N型层上制作 金属栅线，作为输出电极，目的是减小光 电池的内阻。在整个背面制作金属膜背电 极。在光敏面上涂一层极薄的二氧化硅透 明膜，它既可以起到防潮，防尘等保护作 用，又可以减小硅光电池表面对入射光的 反射，增强对入射光的吸收。 2CR型电池
则是以N型硅为衬底制作的。

在P型（或N型）半导体衬底上，用 扩散方法形成一层 N型（或P型）层。在P 区（空穴导电）和 N区（电子导电）交界 处，由于两边电子和空穴浓度不同， P区
的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩 散。于是，在 P区形成负电层，N区形成 正电层，如图2所示。这两个带电层形成 一个内电场，它反过来又阻挡上述扩散，
如果在PN结两端外加正向电压（
(b)
P区接正，N区接负），如图3 （a）所示。则外加电
°内魁场
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扩畝电譚
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(a)
图3 正向偏置电压
场与PN结内建电场方向相反， 它将削弱内电场对载流子扩散运动的阻挡， 使扩散继续
进行。而且由电源补充扩散电荷， 使二极管导通，形成稳定的电流。 其电路符号如图3（ b）。
PN结的光电转换过程
光照射在PN结上时，存在下列几种情况：
1）光被半导体表面反射而不能进入材料内部。例如洁净硅表面对 ~1微米波长的光
的反射系数约为 30%。这对光电池是一个很大的损失。因此应采用合适的表面抗反射 涂层来减少损失。
2）进入半导体材料的光子能量若小于材料的禁带宽度，光线将透过该材料而不被吸 收。因此选择适当的半导体材料和制作工艺，使太阳能电池有较好的光谱特性是十分 重要的。常规的硅光电池光谱响应波长范围在 ~i m，峰值响应波长约为 m.
能在材料内产生电子一空穴对， 但
国4光电池工作原理
3）进入电池的光子能量大于半导体材料禁带宽度时, 若没有一种机制将电子一空穴对分离开，电子与空穴又 将很快复合而不能成为载流子。
PN结的内建电场在分离电子一空穴