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﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒408

１.2.半导体硅和砷化镓的温度上限﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41０

2.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﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１

１

２.2.硅太阳能电池的温度系数﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒411 ２.2.1.短路电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１1

2.２.2.暗电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41２

2．2.3.开路电压﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒412

2.2.４．输出功率﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒４１２

2.3．照明光源对输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4

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3．光伏热电混合太阳能系统﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ 4１3 ３．1．空气冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１4

3．2.水冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41４

３.２.1.冷却组件中的输出温度﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒

﹒4１４

3.2．2.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﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１4

3.2.3．光伏组件的传热机制﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒417

4.光伏建筑一体化系统﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒417 4.１.光伏建筑一体化通风结构﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒419

４.２. 塑料薄膜非晶硅太阳能电池组件集成到建筑板材﹒﹒﹒4２0

4.2.1．无定形硅薄膜太阳能电池（a-Ｓi:Ｈ）﹒﹒﹒﹒﹒﹒421

５. 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。应对这些问题,聚光太阳能电池已经成为一个洁净的能量来源。

在计划未来扩大光伏(PV)发电的过程中,最重要的是要仔细选择半导体材料。这个非常重要的材料选择不仅是最大的可实现的效率,但同时也要兼顾经济和生态方面的考虑。

晶体硅和砷化镓太阳能电池被看做是最有前途的光伏技术这是由于其低制造和材料成本排在第一位和其排在第二的优良的性能表现。

砷化镓太阳能电池是高转化效率的设备但由于其过多地在地面的大面积应用使得成本变得非常昂贵。

砷化镓太阳能电池的转化效率已超过３0％,但砷元素却潜在着剧毒性。随着外界对砷化镓太阳能电池的关注日益增加，使得最近在使用砷化镓太阳能电池时加上了集中器系统的地面应用[2］。但在砷化镓太阳能电池的最佳区域浓度水平下1０00个太阳的测距仅从0.5平方毫米变化到1平方毫米[３9]。

硅是最常见的半导体材料并且这项技术对于硅的处理是非常完善的。

世界上超过8０%的太阳能电池和模块的生产目前都基于切片的单晶和多晶硅电池,所以评估主要集中在硅。只有１3．２3%的非晶硅(一

个sｉ)，0.39%的镉碲化物(CdTe)和０.18%的铜铟联硒化物(CIS）被用在2001年的世界电池／组件生产。[40］

本文综述了温度对晶体硅和非晶硅太阳能电池以及模块性能的影响并利用新技术来提高传热。

为了考虑太阳能电池的温度稳定性和模块在高温状态下的表现,对基本半导体材料（硅和砷化镓)所能承受的温度上限进行了分析。

理论背景和实验数据,其中包括:开路电压、填充因子(FＦ)和输出功率[3５]作为主要热影响光电管的参数而被提及。

正如被报道的最先进的研究趋势通过使用一个“混合式”光伏热(ＰＶ / T）太阳能收集器结合建筑同时产生电和热水。这种类型的ＰＶ / T收集器同时生成热能、电能。它是光伏建筑一体化设备,是在这个世纪被认为在电的生产方面带来实质性贡献。对于这个应用，薄膜非晶硅技术被列为低成本的选择。

低温系数的非晶太阳能电池能够在不通风的情况下集成到建筑物的外墙和屋顶还能够获得高能源的收益产出。太阳能模块在塑料薄膜作为玻璃少光伏太阳能系统下探讨了未来在这个方面的评论。

1.1太阳能电池早期研究的回顾

当前太阳能电池是基于基本的物理现象,首先发现光伏效应这一

现象可以追溯到1９世纪。在１８39年,埃德蒙Beｑueｒel观察到当金属板

（白金或银)沉浸在一个相配的溶液中 (电解质)并将其暴露在光下，会产生微弱的电压和电流——就是光伏效应。后来在18７8年,亚当斯和Ｄａy［1],在接着[55]史密斯的工作即研究硒的光电导性,发表了第一篇报告直接将光伏效应归因于固体。在１954年,查宾,福勒和皮尔森在贝尔电话实验室开发了一种硅太阳能电池[9],当把它放置在光下可以产生大量的电流和电压。这种太阳能电池的效率大约是当时辐照度条件下的6%。

自1９50年代中期以来，光伏发展迅速。在1958年,生产了第一个真正的有影响力的太阳能电池板,我所提供的卫星先锋硅太阳能电池面板实现了对空间的应用。这个电源是在兆瓦级工作状态下持续为这个卫星提供了六年的能量。技术和产业广阔的发展从mW级电力来源生产线每年超过10兆瓦容量对于陆地需求(19９7年)[44]和预测将产生15 - 20 ＭW/年(20０0 - 2０15年期间) ［31]。

在过去的２0年里一直都在强调了研究新的半导体材料,开发新型设备和设计新的和更加有效的结构。一个光伏设备的效率被定义为从入射光子(阳光)中所能够获得的有效能量的计算关系[1４]。实验中