太阳能电池的温度和光强特性研究

【摘要】：太阳能是最具发展潜力的新能源。光伏发电是解决能源危机，实现能源可持续发展的重要途径之一。硅太阳能电池是当今市场的主流产品，其最高效率是24.7%，由新南威尔士大学马丁·格林教授研制的PERL单晶硅电池取得单并保持至今。继续提高转换效率十分困难，但电池的效率会随温度和光强变化而变化。因此，研究温度和光强对太阳能电池的影响是必要的。 本文将太阳辐射光谱（AM0）等效为5778K的黑体辐射，推导了太阳能电池的电流电压关系；对真实太阳能电池中最重要的SRH复合过程引入了一种等效处理方法，建立了单晶硅太阳能电池的理论模型，讨论了温度对电池输出特性的影响。结果表明：随着温度的增加，除了短路电流有0.14A/℃的线性上升外，开路电压，填充因子，转换效率均线性减小，其中开路电压降幅1.41mV/℃，填充因子下降0.05%/℃,效率降幅达0.6%/℃。 本文通过定义辐射复合权重J_(rad)/(J_(rad)+J_(SRH))，分析了两种复合对电池的影响，给出了一种估算电池转换效率的方法；分析温度和复合中心浓度与转化效率极限的关系。结果表明：随着温度的增加，效率极限降低，对应的最佳带隙增大；随着复合中心浓度的增加，效率极限减小,最佳带隙右移。若以成本控制为主，可在1.7eV左右寻找廉价材料，如非晶硅。 本文用聚光几何因子F_c修正太阳几何因子F_s后，研究了低倍聚光下单晶硅太阳能电池的输出特性，并与文献的理论公式进行比较，在C=100时，开路电压、最大输出功率、转换效率分别比文献理论值大0.7%，2.2%，2.3%；模拟了高倍聚光下，太阳能电池的理论效率极限。C=100，单晶硅电池的理论转换效率限为34.6%，略小于文献理论值36%；完全聚光下，给出了单结聚光太阳能电池理论转换效率极限40.7%，对应的最佳带隙为1.1eV。 【关键词】：太阳能电池 温度特性 光强特性 辐射复合 SRH复合
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 能源与发展9
• 1.1.2 太阳能——未来的主力能源之一9-10
• 1.1.3 我国太阳能资源分布与利用10-12
• 1.1.4 太阳能光伏发电优势12
• 1.2 太阳能电池的历史与发展前景12-13
• 1.2.1 太阳能电池的发展史12
• 1.2.2 太阳能电池的发展前景12-13
• 1.3 太阳能电池的温度和光强研究现状13
• 1.4 论文主要内容与结构安排13-15
• 第2章 太阳能电池的基本理论15-27
• 2.1 太阳辐射15-17
• 2.1.1 太阳辐射常数15
• 2.1.2 大气质量与标准测试条件15-16
• 2.1.3 太阳能电池上有关角度介绍16-17
• 2.2 半导体材料特性与 PN 结的光伏效应17-20
• 2.2.1 半导体材料特性17-18
• 2.2.2 PN 结的光伏效应18-20
• 2.3 精细平衡原理推导太阳能电池伏安特性20-22
• 2.4 太阳能电池特性分析22-25
• 2.4.1 理想太阳能电池等效电路22-24
• 2.4.2 寄生电阻对太阳能电池的影响24-25
• 2.5 太阳能电池的设计与工艺25-27
• 第3章 太阳能电池的温度特性研究27-35
• 3.1 温度对太阳能电池输出特性的影响27-30
• 3.1.1 单晶硅太阳能电池理论模型设计27-28
• 3.1.2 温度对电池输出特性的影响28-30
• 3.2 温度对暗电流的影响30-33
• 3.3 温度对太阳能电池效率极限的影响33-35
• 3.3.1 温度对理想太阳能电池效率极限的影响33-34
• 3.3.2 复合中心浓度对太阳能电池效率极限的影响34-35
• 第4章 太阳能电池的光强特性研究35-45
• 4.1 聚光太阳能电池基础35-37
• 4.1.1 聚光太阳能电池的发展35
• 4.1.2 聚光太阳能电池的组成35-37
• 4.2 低倍聚光下太阳能电池研究37-43
• 4.2.1 低倍聚光太阳能电池理论模型37-41
• 4.2.2 低倍聚光太阳能电池输出特性41-43
• 4.3 高倍聚光下太阳能电池研究43-45
• 4.3.1 高倍聚光下载流子的产生与复合43-44
• 4.3.2 聚光太阳能电池的理论效率极限44-45
• 第5章 总结与展望45-47
• 5.1 总结45-46
• 5.2 展望46-47
• 参考文献47-51
• 致谢51-53
• 附录 有关参数及取值53-55
• 攻读学位期间发表的学术论文55-56

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