热性能对晶体硅太阳能电池的效率影响研究
硅基太阳能电池性能衰减原因分析
硅基太阳能电池性能衰减原因分析近年来，随着环境保护和可再生能源的重要性逐渐凸显，太阳能电池作为一种清洁能源的代表，受到了广泛关注。
然而，随着使用时间的增加，硅基太阳能电池的性能往往会出现衰减现象。
本文将对硅基太阳能电池性能衰减的原因进行分析。
首先，硅基太阳能电池性能衰减的主要原因之一是光照条件的变化。
太阳能电池是利用光照产生电能的，而光照条件的变化会直接影响太阳能电池的输出功率。
在实际应用中，光照强度和角度会随着季节、天气等因素而发生变化，这就导致了太阳能电池的输出功率也会有所波动。
特别是在阴雨天气或冬季光照较弱的时候，太阳能电池的性能衰减现象更加明显。
其次，硅基太阳能电池性能衰减的原因还包括温度的影响。
太阳能电池在工作过程中会产生热量，而温度的升高会导致太阳能电池的效率下降。
研究表明，太阳能电池的温度升高每摄氏度1度，其输出功率会下降约0.5%。
因此，在高温环境下，太阳能电池的性能衰减更加明显。
此外，温度的变化还会导致太阳能电池的寿命缩短，进一步影响其性能。
第三，硅基太阳能电池性能衰减的原因还与电池内部结构的变化有关。
太阳能电池的核心是由硅材料组成的，而硅材料在长时间的使用过程中会发生一些变化，如晶格缺陷、杂质积聚等。
这些变化会导致太阳能电池的光电转换效率下降，从而使其性能衰减。
此外，电池内部还可能出现接触不良、电极腐蚀等问题，进一步影响太阳能电池的性能。
最后，硅基太阳能电池性能衰减的原因还与外部环境的影响有关。
例如，太阳能电池的表面可能会受到污染物的覆盖，如尘土、树叶等，这会降低太阳能电池的吸光能力，从而影响其性能。
此外，太阳能电池还可能受到风雨、冰雹等恶劣天气的侵蚀，导致电池表面损坏，进一步影响其性能。
综上所述，硅基太阳能电池的性能衰减是由多种因素共同作用的结果。
光照条件和温度的变化、电池内部结构的变化以及外部环境的影响都会对太阳能电池的性能产生影响。
为了提高太阳能电池的稳定性和寿命，需要在制造和使用过程中加强对这些因素的控制和管理，以减少性能衰减的发生。
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势一、本文概述随着全球能源结构的转型和环保意识的日益增强，可再生能源的开发和利用已经成为当今世界的重要议题。
其中，太阳能作为一种清洁、无污染、可持续的能源形式，受到了广泛关注。
太阳能电池作为将太阳能转化为电能的关键设备，其性能与材料的选择密切相关。
硅材料因其优异的半导体性能、丰富的储量以及相对成熟的生产工艺，成为了太阳能电池的主流材料。
本文旨在探讨硅材料在太阳能电池领域的研究现状，分析其在不同应用场景下的性能特点，并展望其未来的发展趋势。
本文将对硅材料的基本性质进行介绍，包括其晶体结构、电子特性以及光学性质等，为后续的研究提供理论基础。
我们将详细分析当前硅材料在太阳能电池中的应用现状，包括不同类型的硅太阳能电池（如单晶硅、多晶硅、非晶硅等）的优缺点、制造工艺以及光电转换效率等方面的内容。
我们还将探讨硅材料在柔性太阳能电池、异质结太阳能电池等新型电池技术中的应用前景。
在此基础上，本文将深入探讨硅材料研究的最新进展，包括纳米硅材料、硅基复合材料以及表面改性技术等新型硅材料的开发与应用。
这些新技术和新材料的出现，为硅太阳能电池的性能提升和成本降低提供了新的可能性。
我们将对硅材料在太阳能电池领域的发展趋势进行展望，探讨未来硅材料研究的方向和重点，以期为推动太阳能电池的持续发展和广泛应用提供参考。
二、硅材料的性质及其在太阳能电池中的应用硅是一种半导体材料，具有独特的电子结构，使其成为太阳能电池的理想选择。
硅的禁带宽度适中（约为1电子伏特），可以吸收可见光及近红外光区的太阳光，使其具有较高的光电转换效率。
硅材料还具有丰富的储量、良好的稳定性和相对较低的成本，这些因素使得硅成为商业化太阳能电池中最广泛使用的材料。
硅材料主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型。
单晶硅具有最高的光电转换效率，但成本也相对较高；多晶硅成本较低，效率略低于单晶硅；非晶硅则以其低廉的成本和易于大规模生产的特性而受到关注，但其光电转换效率相对较低。
硅太阳能电池极限效率
硅太阳能电池极限效率
硅太阳能电池的理论极限效率是由爱因斯坦的光电效应方程和量子理论计算得出的，约为29.4%。
这意味着，当光照射到硅材料上，电子从材料内部跃迁到材料外部时，会产生一定的能量损失。
这个能量损失是由于电子在跃迁时需要克服材料内部的束缚能和材料与外部电路之间的界面能等因素造成的。
目前，硅太阳能电池的商业化最高效率已经达到了26%左右，但科学家们仍在不断研究和探索提高硅太阳能电池效率的方法。
其中，一些研究方向包括：
1. 提高材料纯度：硅太阳能电池的效率受到杂质和缺陷的影响，提高材料纯度可以减少这些影响，从而提高电池效率。
2. 优化电池结构：通过优化硅太阳能电池的结构，例如增加电极面积、改变电极材料等，可以减少能量损失，提高电池效率。
3. 引入新材料：研究和开发新型半导体材料，例如有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等，可以提高太阳能电池的效率和稳定性。
总之，硅太阳能电池的理论极限效率是29.4%，但科学家们正在不断探索和研究提高电池效率的方法，未来有望实
现更高的效率。
高效晶体硅太阳能电池介绍
高效晶体硅太阳电池简介（1）PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究的高效电池。
它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。
由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。
为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。
然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。
另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。
为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。
这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。
后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。
1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。
定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。
经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。
孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 µm，大大减少了横向电阻。
如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。
1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。
功能材料及应用论文-单晶硅太阳能应用
生活中的功能材料——单晶硅太阳能电池研究及发展一、引言随着人类社会的不断发展，人与自然的矛盾也愈来愈突出。
目前全世界范围面临的最为突出的问题是环境与能源．即环境恶化和能源短缺。
人类的主要传统能源( 石油、煤炭、天然气) 的储存量是有限的，且对环境有污染，所以节能环保型能源的开发和利用迫在眉睫。
这个问题当然要通过各国政府采取正确的对策来处理。
发展新能源材料及相应的技术，将是解决这一些问题最为有效的方法之一。
太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。
事实上近年来人们对太阳能材料的研制和利用，已显示了积极有效的作用。
这一新型能源材料的发展．既可解块人类面临的能源短缺问题，又不造成环境的污染。
从50年代的硅电池，60年代的G a A s 电池，70年代的非晶硅电池，80年代的铸造多晶硅电池，到90年代的I I一Ⅵ化合物电池的开发和应用，到现今有机聚合物太阳电池和纳米结构太阳电池的研究开发，构成了太阳能光电材料和器发展的历史脚印。
目前太阳能电池材料主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。
硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
二、单晶硅太阳电池的生产制备工艺（一）、基本结构（二）、太阳能电池片的化学清洗工艺切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。
②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。
③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。
④提高切割速度，实现自动化切割。
具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类：1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。
2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。
3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。
硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：（1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
太阳能光伏电池的性能与效率研究
太阳能光伏电池的性能与效率研究太阳能光伏电池是一种利用太阳能通过光电效应将光能转化为电能的设备，它是目前最受关注的可再生能源之一。
太阳能光伏电池的性能和效率是决定其应用前景的重要因素。
本文将就太阳能光伏电池的性能和效率进行深入的研究。
一、太阳能光伏电池的性能太阳能光伏电池的性能主要包括光电转化效率、输出功率、电压和电流等方面。
1.光电转化效率光电转化效率是太阳能光伏电池的重要性能参数，它是指光电转化为电的效率，通常用百分比表示。
光电转化效率越高，太阳能光伏电池所产生的电能就越多，其应用领域也就越广。
2.输出功率输出功率是太阳能光伏电池的实际输出功率，同时也是衡量太阳能光伏电池质量的关键指标之一。
输出功率越高，表示太阳能光伏电池的光电转化效率越高，使用效果也更好。
3.电压和电流太阳能光伏电池的电压和电流是指其在光照条件下的电压和电流值。
电压与输出功率成正比，而电流则与面积有关。
在太阳强度相同的情况下，面积越大的光伏电池，其电流也就越大。
二、太阳能光伏电池的效率太阳能光伏电池的效率依赖于其所处环境的温度、光照强度、角度等因素。
在实际应用中，太阳能光伏电池的效率往往无法达到理论上的最大值。
当前太阳能光伏电池的实际效率普遍在10%~20%之间，而实现最高效率的太阳能光伏电池理论上可以达到33%。
1.温度对太阳能光伏电池效率的影响太阳能光伏电池的温度高低对其性能有很大的影响。
太阳能光伏电池在高温环境下，其效率会逐渐降低，在极端情况下甚至会引起热失控。
因此，在实际应用中，需要通过散热措施来降低太阳能光伏电池的温度，提高其效率。
2.光照强度对太阳能光伏电池效率的影响光照强度也是太阳能光伏电池效率影响因素之一。
太阳光照强度越大，太阳能光伏电池所吸收的光能就越多，电池的输出功率也就越大。
但是太阳能光伏电池在过于强烈的光照下，也容易出现过载现象，导致电池损坏。
3.角度对太阳能光伏电池效率的影响太阳能光伏电池安装的角度也会影响电池的效率。
太阳能电池关于温度的综述
关于硅和砷化镓太阳能电池组件在热性能方面的综述摘要：本综述总结了近年来在结晶和非晶硅太阳能电池组件领域获得的温度性能。
它给出了一个通用的结果分析和评论的应用程序构建集成光伏(PV)热系统,将光能转化成电能,热能等。
空气冷却和水冷却以及“混合式”光伏热太阳能收集器也被提及到。
本文还包括非晶硅太阳能模块在塑料薄膜,薄膜太阳能电池等方面的灵活应用以及对将来这方面的展望。
其主要包括对光伏模块传热机制的实验结果的分析。
关键词：太阳能电池;光伏；太阳能;能量转换;混合系统目录1.介绍﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4０8 1．１．太阳能电池早期研究的回顾﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒408１.2.半导体硅和砷化镓的温度上限﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41０2.高温太阳能电池和组件的影响：理论背景﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１1 2．1.热对硅太阳能电池的输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１１２.2.硅太阳能电池的温度系数﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒411 ２.2.1.短路电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１12.２.2.暗电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41２2．2.3.开路电压﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4122.2.４．输出功率﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒４１２2.3．照明光源对输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１33．光伏热电混合太阳能系统﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ 4１3 ３．1．空气冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１43．2.水冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41４３.２.1.冷却组件中的输出温度﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１４3.2．2.基于单晶硅太阳能电池利用高分子吸收板制成的光伏热吸收器﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１43.2.3．光伏组件的传热机制﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4174.光伏建筑一体化系统﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒417 4.１.光伏建筑一体化通风结构﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒419４.２. 塑料薄膜非晶硅太阳能电池组件集成到建筑板材﹒﹒﹒4２04.2.1．无定形硅薄膜太阳能电池（a-Ｓi:Ｈ）﹒﹒﹒﹒﹒﹒421５. 结论﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒４22参考文献﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒423 １.介绍近年来,环境问题已经成为世界范围内日益严重的问题。
基于多晶硅太阳能电池的效率提升研究
基于多晶硅太阳能电池的效率提升研究随着社会经济的发展，人们越来越重视可再生能源的开发利用。
其中，太阳能能源是一种经济、可靠、清洁的能源，具有广阔的应用前景。
而多晶硅太阳能电池，是目前应用最广泛、效率最高、性价比最优的一种太阳能电池。
本文将围绕多晶硅太阳能电池的效率提升研究，谈谈其技术瓶颈、改进探索和前沿发展。
一、技术瓶颈探究随着多晶硅太阳能电池市场份额的逐步扩大，其中的技术瓶颈也逐渐显现。
主要体现在以下几个方面：1. 光电转换效率有限目前，多晶硅太阳能电池的光电转换效率已经可以达到20%以上，但是进一步提升面临困难。
一方面，因为多晶硅太阳能电池的光电转换效率已经接近极限，另一方面，则因为热传导损失、杂散光损失等原因引起能量损失。
2. 细晶粒效应和晶粒尺寸的不一致性多晶硅太阳能电池的晶体结构存在着细晶粒效应，这对于提升电池的综合性能是非常不利的。
而晶粒尺寸不一致性也会引发电流差异，进而影响电池的工作效率。
3. 成本问题多晶硅太阳能电池制造的成本相对较高，其中晶体生长、切片加工、清洗腐蚀、电极制备等工序造成的高成本是不可避免的。
同时，多晶硅太阳能电池的零部件寿命和稳定性也存在一定的问题，需要持续的技术改进和经验积累。
二、改进探索为了解决多晶硅太阳能电池存在的技术瓶颈，相关研究人员做了具有针对性的改进探索。
1. 晶体生长技术研究多晶硅太阳能电池的片材生长对电池的性能具有重要影响。
因此，相关研究人员投入大量的精力，进行了多晶硅太阳能电池晶体生长技术的改进。
例如，采用“高密度液面蒸汽相转移”以及“基于旋转拉断的晶体脱离技术”，以提高片材生长质量和晶体的性能。
2. 杂散光损失控制杂散光是影响多晶硅太阳能电池性能的一个重要因素。
为此，研究人员做了相应改进，主要集中在杂散光损失控制和增加太阳能电池吸收材料等方面。
杂散光损失控制主要采用表面抗反射涂层技术和光学纳米结构技术等方法，以增加吸光面积和提高反射率。
3. 多晶硅薄膜技术多晶硅薄膜技术是多晶硅太阳能电池领域的前沿发展方向之一。
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热性能对晶体硅太阳能电池的效率影响研究褚玉芳1,陈 维2,沈 辉2,舒碧芬2(11宜春学院物理科学与工程技术学院,江西 宜春 336000;21中山大学太阳能系统研究所,广东 广州 510006)摘 要:晶体硅太阳能电池是首先被发展和依然得到最广泛应用的太阳能电池,通过对晶体硅太阳能电池和组件的热性能进行分析研究,提出了采取降低电池工作温度的措施,该研究对阳电池和组件热性能进行改善是很有意义的。
关键词:光伏;晶体硅太阳能电池;温度中图分类号:T M 615 文献标识码:A 文章编号:1671-380X (2009)04-0010-04Therm a l P rop er ties of C r ysta lline S ili con Sola r C e lls on th e E fficien cy of I m pa ct S tudy C HU Yu-fang 1,C HEN W e i 2,S HEN H u i 2,S HU B i-fen 2(11De par t m ent of P hysics s cience and Tec hnique ,Yichun Univ ersity ,Y ichun 336000China;21Sun Y a t -ten Uni versity Instit u te for Sola r Energy Syste m s ,Gua ngz hou ,510275China )Abstr ac t :C rysta l s ili co n solar ce lls is the fi rst to be deve l op m ent and re m a i ns the most wide l y used solar ce lls ,sol ar cells and we have ado pted co m ponents of t he ther m al prope rties of analysis and study ,proposed to l o we r the te m pera t ure of the batte ry ,t he crysta l sili co n sol ar ce lls and Co mponents for i m proved t her m a l performance is of great s i gnificance 1K ey word s :photovolta i cte ;C rysta l sili con sol ar ce lls ;Te m perature太阳能电池作为一种清洁能源也越来越受重视,近十年来以高达25%-40%的年增长率高速发展[1]。
晶体硅太阳能电池是首先被发展和依然得到最广泛应用的太阳能电池,现在世界太阳能电池产量中超过90%的是晶体硅太阳能电池[2]。
在实际工作情况的太阳能电池组件的效率将比组件标准测试条件下的效率低,组件准测试条件下效率是在标准测试条件(STC )[3]下给出的,即:电池温度25?2e ,光源辐照度为1000W /M2,并具有AM115太阳光谱辐照度分布条件。
这是晴朗冬季的太阳能电池工作温度,夏季的太阳辐照度,春季的太阳光谱分布,因此太阳能电池组件户外的实际工作条件与标准测试条件存在很大的差别。
因此太阳能电池组件的实际工作效率和组件现场工作功率可能比期望的STC 情况下低20%,甚至更低[4]。
在影响电池组件实际工作性能的四个主要影响因素(电池组件工作温度,太阳低辐照量,组件光学损失,太阳光谱变化),温度的影响在大多情况下是最为关键的。
所以我们对太阳能电池和组件的热性能进行分析研究,并进行改善是很有意义的。
1 温度对晶体硅太阳能电池性能影响机理晶体硅太阳能电池的光伏效应原理是如图1所示,入射能量E (=hv)大于或等于禁带宽度(Eg)的光子射入具有结势垒的半导体材料时,激发出电子)空穴对,在内建电场作用下,p-n 结两边有光生载流子积累而产生光生电动势。
现在的常用太阳能电池都是利用这种原理吸收太阳光发电的。
图1 通过吸收光子晶体硅材料电子-空穴对的形成受温度影响的半导体材料的两个重要的物理特性是带隙和少数载流子寿命。
当电池温度升高的时候,由于带隙将变窄,晶体硅的截至波长/边缘0111微米将向较长的波长移动,同时少#10#第31卷 第4期2009年8月宜春学院学报Jo urna l of Y ichun CollegeVol 131,No 14Aug 12009*收稿日期:2009-06-08基金项目:宜春市科技局2009年科技计划指导性项目(J XYC2009KNB004)。
作者简介:褚玉芳(1973-),女,江西人,宜春学院讲师,硕士,研究方向为物理科学与太阳能光伏利用。
数载流子寿命延长的缘故,这就使晶体硅的红光响应增加。
红光响应将增加而蓝光响应基本保持不变,因而太阳能电池短路电流Isc 也将随温度的升高而增加。
随温度的升高,带隙将变窄和少数载流子的寿命将增加,而这将引起半导体材料的内建电场电压和太阳能电池p -n 结势垒的降低。
越来越多的少数载流子电子和空穴能够通过热运动来克服带隙,这将增加p-n 结的反向饱和电流。
而p-n 结反向饱和电流I 0的增加,将会使开路电压V oc 下降,从而引起太阳能电池的填充因子FF 的下降。
2晶体硅太阳能电池的温度系数图2 一种多晶硅太阳能电池在不同温度下伏安特性曲线(G =1000W /m 2,A M 115)图2的多晶硅太阳能电池,我们可以得到它的开路电压,短路电流,最大工作功率的温度系数,如下式。
dV ocdT =-2125m V/e (1)dI scdT =+01107mA /e (2)dP MdT=-0145%/e (3)例如,当使用该太阳能电池制成36片串电池组件时,当组件工作温度为60e 时,由于工作温度比标准测试条件下升高35e ,组件的开路电压将降低218V ;短路电流增加317mA ;最大工作功率将降低1518%。
我们可以看出组件的虽然短路电流增大了,但是变化很小,然而在同时组件开路电压和最大工作功率都减少了很多,因此当电池工作温度升高时候,对电池工作情况影响主要是负面的。
所以应该采取一些措施来减少由于温度提升的负面效应。
3 电池热量产生的原因和降低温度的措施311 电池热量产生的主要原因太阳能电池只能将入射的太阳辐射中的一小部分能量转化为的为电能,剩余的大部分能量都被转化为热量。
热量的产生主要有如下的四个原因:(1)如图1所示,当入射到太阳能电池的光子波长K >K cut-of f (=hc /E g ,截止波长)时,不能产生电子-空穴对,所以也不能对太阳能电池发电起作用,这部分光子的能量完全转化成热量从而增加电池的温度。
在25e 时候,晶体硅太阳能电池的K cut-of f =1100nm 。
在A M 115太阳光谱[6]中,K >1100n m 的太阳光能量比例是约占20%。
(2)入射到太阳能电池的波长K <K cut-of f 的那部分光子(hv >E g ),产生光生载流子后,还有一部分能量多余,这部分能量也转化为热量损耗掉了。
(3)太阳能电池电子-空穴对的复合损失。
并非所有的光生载流子都能够参加和形成负载电流,其中有一部分在电池内部或电池表面与多数载流子复合。
由于复合使光生载流子不能全部被收集,能被电池电极收集而形成负载电流的光生载流子在全部光生载流子中占一定比例,这就是所谓的收集效率。
收集效率和很多因素有关,如p -n 结宽度,少数载流子扩散长度,光波在半导体中的吸收系数以及表面复合速度等。
因此改善太阳能电池的结构提高电阳电池的收集效率可以降低太阳的复合损失和减少电池热量的产生。
(4)焦尔热。
因为实际太阳能电池串联电阻不可能做得很小,并联电阻也不能做得无穷大,当太阳能电池工作时,工作电流流过串联电阻以及流过并联电阻的寄生电流都将产生焦尔热,所以为了减少这部分热量产生,在生产太阳能电池的时候在工艺上应该尽量减小太阳能电池的串联电阻和增大电池的并联电阻。
312 可以采取的降低电池工作温度的措施(1)去除不能产生电子空穴对的非活性的光子K >K c ut-off 部分光子不但不能被太阳能电池吸收而且转化为热量,所是是有害的,应该想办法去除。
M i ng-j u 1Y ang [7]等在一个3k w 太阳能光电/热混合系统中使用选择性抛物槽反射镜来把入射的太阳光分成两部份,波长小于临界波长K cut-off 被用来做光电转换,而波长超过K cut-off 的光子不能用来发电,同时它对太阳能电池有不好的作用,所以它被过滤,透过选择性抛物槽反射镜,这部分光子的能最后被吸热管吸收。
(2)光伏/热混合太阳能系统为了减少电池的工作温度和提高电池的电转化效率,可以使用介质提取太阳能电池板产生的热量,提高太阳能电池的效率,同时被提取这部分热量,也可以进行有效的利用,这就成为能够同时产生电和热的光伏/热(PV /T )混合太阳能系统。
按照工作介质的不同它们可以分为空气和水冷却光伏/热混合太阳能系统。
按照介质循环动力也可以把它们分为自然循环和强制循环两类,强制循环能够保证介质以一个更高要求的流速对太阳能电池板进行冷却,然而强制循环也要消耗电能,这将减少太阳能电池板最后净产生的电能,所以一般小的系统都使用的自然循环方式[8]。
图3 一种PV /T 空气冷却平板收集器结构图3中的空气冷却PV /T 空气冷却平板收集器结构是首先被Bharagava 等提出的。
空气流过金属夹层,上层被涂黑,太阳能电池被粘结在其上,用来粘结太阳能电池的材料应该具有良好的热传导性和电绝缘性[9]。
Ga rg 首先对PV /T 空气冷却平板收集器进行了模拟研#11#第4期 褚玉芳,陈 维,沈 辉等:热性能对晶体硅太阳能电池的效率影响研究 第31卷究,P rakash 和Sopian 等按结构,如图4所示不同把它们分为以下四类,并对他们分别进行了模拟研究,结果表明在相同的工作条件下,第一种收集器性能最差,其它的三种有相似的热和电性能。
图4 四种不同类型PV /T 空气冷却平板收集器使用水冷却太阳能电池:图5水冷PV /T 平板集热器使用德国制作的ASE -100DGL -S M 型单晶硅太阳能电池,它使用一体化的铝结构框架,当没有水冷时候太阳能电池额定工作温度为333K ,使用水冷时候293K 。
可以看到使用水冷能够大幅度的改善太阳能电池的工作条件[10]。
图5 一种水冷PV /T 平板收集器示意图Saundnes 等制作了一种新型的使用聚合材料一体化PV /T 平板集热器,它把单晶硅太阳能电池粘结在黑色的聚合太阳吸收材料上。