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1、溫度對(duì)多晶硅太陽(yáng)電池性能影響的研究賀煒1,2，郭愛(ài)娟1，孟凡英1，馮仕猛1（1.上海交通大學(xué)物理系太陽(yáng)能研究所，上海200240；2.上海風(fēng)光能源科技有限公司，上海201412）摘要：對(duì)商業(yè)用冶金級(jí)和太陽(yáng)能級(jí)多晶硅太陽(yáng)電池不同溫度下的性能參數(shù)做了分析，驗(yàn)證了太陽(yáng)能級(jí)硅電池的性能優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度T的升高，開(kāi)路電壓Voc，最大輸出功率Pm，轉(zhuǎn)換效率η近似線性下降，短路電流Isc近似線性上升，填充因子FF的實(shí)驗(yàn)值和理論值變化趨勢(shì)一致，當(dāng)T>40°C時(shí)，F(xiàn)F隨T升高明顯下降。對(duì)開(kāi)路電壓Voc
2、隨溫度T升高的線性下降速率dVoc/dT進(jìn)行定量分析。dIsc/dT變化量與dVoc/dT相比可以忽略。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)電池；多晶硅；組件；溫度中圖分類號(hào)：TM615文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言硅太陽(yáng)電池由于可靠性高、壽命長(zhǎng)、能承受各種環(huán)境變化等優(yōu)點(diǎn)，成為太陽(yáng)電池的主要品種，而多晶硅材料以澆鑄代替了單晶硅的拉制過(guò)程，生產(chǎn)時(shí)間縮短，成本下降，是一種較廉價(jià)的太陽(yáng)電池材料。Arora等[1]研究表明，在低溫區(qū)域（100~250K）內(nèi)，多晶硅電池的串聯(lián)電阻Rs比單晶硅電池的Rs隨溫度下降得更快。Deshmukh[2
3、]發(fā)現(xiàn)理想因子n隨溫度升高而下降。Soto等[3]給出了一個(gè)五參數(shù)模型，使用制造商提供的參數(shù)，吸收的太陽(yáng)光輻射和電池溫度，結(jié)合半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)預(yù)測(cè)I-V曲線。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度下多晶硅太陽(yáng)電池單體和組件的各項(xiàng)性能參數(shù)，具體分析了各參數(shù)隨溫度的變化關(guān)系及相互之間的影響。1實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)的樣品選用商業(yè)用冶金級(jí)（純度為95％～99％）多晶硅太陽(yáng)電池和太陽(yáng)能級(jí)（純度在99.99999％以上）多晶硅電池（本文中也分別稱為1#和2#電池），面積為156mm×156mm。實(shí)驗(yàn)所用的小型組件分別由10片這兩種電池
4、串聯(lián)而成。太陽(yáng)電池單體及組件性能參數(shù)測(cè)試儀器采用秦皇島博碩光電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池測(cè)試儀。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下（AM1.5，溫度為25°C），分別測(cè)試電池單體和組件的性能參數(shù)，包括開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，最大輸出功率Pm，最大功率點(diǎn)電壓Vm，最大功率點(diǎn)電流Im，填充因子FF，以及電池單體的串聯(lián)電阻Rs、并聯(lián)電阻Rsh和轉(zhuǎn)換效率η。將樣品加熱至65°C左右，在降溫過(guò)程中用紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)樣品溫度，同時(shí)用太陽(yáng)能電池測(cè)試儀測(cè)量樣品的性能參數(shù)。2結(jié)果與討論2.1Isc、Voc隨溫度T的變化根據(jù)
5、禁帶寬度與溫度的關(guān)系[4,5](1)溫度升高，禁帶寬度減小，光吸收增加，短路電流Isc也隨之上升。由Isc和Voc之間的關(guān)系可推導(dǎo)出Isc隨溫度的變化率dIsc/dT[6](2)(3)式中，A——與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)；Eg0——用線性外推方法得到的零度時(shí)制造太陽(yáng)電池所用半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，Eg0~1.2eV；k——Boltzman常數(shù)；r——包含確定二極管反向飽和電流I0的其余參數(shù)中與溫度有關(guān)的因素，通常在1~4范圍內(nèi)；T——電池溫度；q——電子電量。理論上，dIsc/dT與公式的其他項(xiàng)相比可以忽
6、略。在忽略dIsc/dT的情況下，Voc對(duì)于溫度T的變化率dVoc/dT記作[6]：(4)對(duì)于由10片電池組成的小型實(shí)驗(yàn)組件，。表1電池單體和組件dVoc/dT與dIsc/dT的比較Table1ComparisonbetweendVoc/dTanddIsc/dTofbothsolarcellsandmodules1#單體2#單體1#組件2#組件Voc/mV618.2620.961196104/mV·°C-1-3.13-2.85-20.20-19.40/°C-10.51%0.46%0.33%0.3
7、2%Isc/mA6436.97670.579489253/mA·°C-112.195.617.413.43/°C-10.12%0.07%0.09%0.04%表1給出了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的電池單體和組件的Voc、Isc，以及用Minitab軟件對(duì)各溫度下測(cè)得的Voc、Isc線性擬合所得到的dIsc/dT和dVoc/dT值，并計(jì)算dVoc/dT和dIsc/dT與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下Voc、Isc的比值。由表1可以看出，溫度升高導(dǎo)致Voc下降，Isc升高。由于冶金級(jí)硅比太陽(yáng)級(jí)硅的雜質(zhì)、缺陷含量高，#1電池的
8、Voc和Isc隨溫度的改變比#2電池劇烈。對(duì)于電池單體，雖然dVoc/dT的絕對(duì)值比dIsc/dT小，但是dVoc/dT占Voc的百分比要大于dIsc/dT占Isc的百分比，也就是說(shuō)Isc隨溫度的上升量與Voc隨溫度的下降量相比可以忽略。同樣對(duì)于組件，dIsc/dT與dVoc/dT相比也可以忽略。將Vg0~1.2V，r~3，k=1.38×10-23J/K,q=1.6×10-19C,T取實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的溫度值，Voc取對(duì)應(yīng)溫度下測(cè)得的開(kāi)路電壓值，代入公式（4）計(jì)算得到dVoc/dT的理論值，并列入表2
