非晶硅、多晶硅太阳电池输出特性实验报告

实验名称：非晶硅、多晶硅太阳电池特性测试

一、 实验目的

（1） 了解非晶硅、多晶硅太阳电池的结构。 （2） 了解非晶硅、多晶硅太阳电池的外特性。

（3） 了解非晶硅、多晶硅太阳电池外特性的影响因素。 二、实验材料及设备 1． 2． 3． 4．

三、 实验步骤

1、模拟太阳光条件下，多晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线

测量记录日期、时间和地点；绘制电池的外形结构图并记录电池几何参数（用于计算电池面积）；并记录太阳光当时辐射强度，按照图1所示实验原理图接线。

(1) 在室内太阳光模拟器下，分别测试光强为1 sun（1000W/m2）、0.5 sun

（500W/m2）下的电池的电池的短路电流（Isc）和空载电压（Uoc），与输出外特性曲线。

(2) 具体测量方法：分别在上述一定光强下，逐步改变电阻箱（负载）的阻值RL，分别测量电池两端的I和U。根据测量结果绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。

非晶硅、多晶硅太阳电池板（单电池与电池阵列） 3块 光源（氙灯） 1套 数字万用表 2块 电阻箱阻 1个

图1电池外特性测试简图

2. 自然太阳光条件下，多晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。

(1) 选择户外有太阳光的地方，记录天气状况，测试时间，并测试太阳

光辐射强度； (2) (3)

改变多晶硅电池板与地平线的夹角，分别测量在0o、30o和45o夹角下，电池的短路电流（Isc）和空载电压（Uoc）。 分别在上述夹角下，逐步改变电阻箱的阻值（即负载电阻）RL，测量

不同电阻值下的电池两端的I和U，以绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。

3. 户外自然光照下多晶硅太阳电池阵列板的输出外特性

测量记录日期、时间和地点；记录太阳电池阵列的结构与几何尺寸，应于估算电

池面积；记录天气状况、太阳光当时辐射强度，按照图1所示实验原理图接线。 (1) 在太阳光照下，水平放置电池阵列板，先测试出在当前光照下的短路电流（Isc）

和空载电压（Uoc），在逐步改变负载，测量电池阵列的输出外特性。

(2) 用黑色遮光板遮住一半面积的阵列板，记录电池的短路电流（Isc）和空载电压（Uoc），进一步测量该条件下的外特性曲线。

4. 户外自然光照下非晶硅太阳电池阵列板的输出外特性

测量记录日期、时间和地点；记录太阳电池阵列的结构与几何尺寸，应于估算电池面积；记录天气状况、太阳光当时辐射强度，按照图1所示实验原理图接线。 (1) 在太阳光照下，水平放置电池阵列板，先测试出在当前光照下的短路电流（Isc）

和空载电压（Uoc），在逐步改变负载，测量电池阵列的输出外特性。 (2) 用黑色遮光板遮住一半面积的阵列板，记录电池的短路电流（Isc）和空载电

压（Uoc），进一步测量该条件下的外特性曲线。 四、 实验结果

针对单晶硅单电池、单晶硅电池阵列、多晶硅单电池、多晶硅电池阵列4种电池板，整理开路电压、短路电流、输出特性的测试结果。根据本次试验结果，并结合单晶硅电池的测试结果：

a) 绘制多晶硅及非晶硅阵列板串并联方式简图，标明单电池的有效面积。

多晶硅单电池有效面积：24.8cm2

b)整理实验数据，分别绘出多晶硅电池单电池、电池阵列板在不同测试

条件下的外特性曲线。讨论光照条件对同一电池输出特性的影响规律，分析讨论单个电池与电池阵列的输出特性（外特性曲线）的差异与产生的原因。

(1)多晶硅自然光条件下不同角度测试 0度放置

填充因子：

0.44

效率：7.20%

图一：多晶硅单电池室外0度放置外特性

30度放置 填充因子：0.38 效率：7.90%

图二：多晶硅单电池室外30度放置外特性

45度放置 填充因子：0.38 效率：8.20%

图三：多晶硅单电池室外45度放置外特性

（2）多晶硅单电池室内测量 入射光强：100mw/cm2 填充因子：0.23 效率：0.46%

图四：多晶硅单电池室内100mw/cm2入射光强下外特性

入射光强：60mw/cm2 填充因子：0.23 效率：0.74%

图五：多晶硅单电池室内60mw/cm2入射光强下外特性

（3） 多晶硅模块 填充因子：0.78 效率：16.10%

图六：多晶硅模块室外测量外特性

多晶硅模块遮一半 填充因子：0.32 效率：0.02%

图七：多晶硅模块室外遮一半测量外特性

（4） 非晶硅模块 填充因子：0.6 效率：4.40%

图八：非晶硅模块外特性

a) 分析多晶硅电池板一半面积被遮挡的情况下电池输出性能变化原因。

短路电流很小0.82mA和空载电压13.24V。 阵列板上单电池串联，电池板一半面积被遮挡使电路断开，理论上不能形成通路。 由于本组测试时是正午，用来遮挡电池板的挡光纸不能完全遮住太阳光，电池在微弱的入射光下，产生了极小的电流。实验结果得到单晶硅模块在遮一半时测得短路电流为1.9mA。

另一方面，被遮挡的部分变为较大的电阻,其他部位的电阻变化对内阻影响不大,可看做恒定内阻。

可以从实验结果中得到：单晶硅模块在遮一半时的电压比单晶硅单电池大得多，因为模块式单电池的串联结构，回路电压是每个单电池电压之和。

b) 整理实验数据，绘出非晶硅电池阵列板在不同测试条件下的外特性曲线。

与同一条件下的单晶硅、多晶硅太阳电池阵列的最大输出功率密度比较，

分析结果的差异及其原因。

答：对于最大输出功率密度，非晶硅的为1.83mW/cm2，多晶硅的6.53mW/cm2，

单晶硅的为3.94mW/cm2。其中多晶硅最大，非晶硅最小。这是主要是由于电池所用的材料不同导致的，多晶硅中晶核生长的晶面取向不同，这样的内部结构有利于太阳光子的吸收，而单晶硅和非晶硅一次次之。

c) 采用光照强度基本相当条件的单电池输出特性（外特性）曲线测试结果，

分析比较单晶硅、多晶硅2种太阳电池的输出特性随电池材料结构的变

化特征。

用单电池在室内100Mw/cm2的条件下测量的结果比较

图：单晶硅单电池在室内100mW/cm2外特性

图：多晶硅单电池在室内100mW/cm2外特性

相同光强条件下，单晶硅和多晶硅的电流密度与电压基本都呈线性变化，但是单晶硅单电池的最大输出功率大于多晶硅，单晶硅的短路电流95.6mA大于多晶硅短路电流88mA

单晶硅开路电压0.556V大于多晶硅开路电压0.553V。

单晶硅的结构更均匀，光子在材料内部可以运动较长距离，而多晶硅材料内部有晶界甚至缺陷光子会与这些部位作用造成光电转换效率降低。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1ij1.html