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1、溫度對多晶硅太陽電池性能影響的研究賀煒1,2，郭愛娟1，孟凡英1，馮仕猛1（1.上海交通大學物理系太陽能研究所，上海；2.上海風光能源科技有限公司，上海）摘要：對商業(yè)用冶金級和太陽能級多晶硅太陽電池不同溫度下的性能參數做了分析，驗證了太陽能級硅電池的性能優(yōu)勢。實驗結果表明，隨著溫度T的升高，開路電壓Voc，最大輸出功率Pm，轉換效率η近似線性下降，短路電流Isc近似線性上升，填充因子FF的實驗值和理論值變化趨勢一致，當T>40°C時，FF隨T升高明顯下降。對開路電壓Voc隨溫度T升高的線性下降速率dVoc/dT進行定量分析。dIsc/dT變化量與dVoc/dT相比
2、可以忽略。關鍵詞：太陽電池；多晶硅；組件；溫度中圖分類號：TM615文獻標識碼：A0引言硅太陽電池由于可靠性高、壽命長、能承受各種環(huán)境變化等優(yōu)點，成為太陽電池的主要品種，而多晶硅材料以澆鑄代替了單晶硅的拉制過程，生產時間縮短，成本下降，是一種較廉價的太陽電池材料。Arora等[1]研究表明，在低溫區(qū)域（100~250K）內，多晶硅電池的串聯電阻Rs比單晶硅電池的Rs隨溫度下降得更快。Deshmukh[2]發(fā)現理想因子n隨溫度升高而下降。Soto等[3]給出了一個五參數模型，使用制造商提供的參數，吸收的太陽光輻射和電池溫度，結合半經驗公式來預測I-V曲線。本文通過實
3、驗測得不同溫度下多晶硅太陽電池單體和組件的各項性能參數，具體分析了各參數隨溫度的變化關系及相互之間的影響。1實驗本實驗的樣品選用商業(yè)用冶金級（純度為95％～99％）多晶硅太陽電池和太陽能級（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。實驗所用的小型組件分別由10片這兩種電池串聯而成。太陽電池單體及組件性能參數測試儀器采用秦皇島博碩光電設備有限公司生產的太陽能電池測試儀。在標準測試條件下（AM1.5，溫度為25°C），分別測試電池單體和組件的性能參數，包括開路電壓Voc，短路電流Isc，最大輸出功率Pm，
4、最大功率點電壓Vm，最大功率點電流Im，填充因子FF，以及電池單體的串聯電阻Rs、并聯電阻Rsh和轉換效率η。將樣品加熱至65°C左右，在降溫過程中用紅外測溫儀監(jiān)測樣品溫度，同時用太陽能電池測試儀測量樣品的性能參數。2結果與討論2.1Isc、Voc隨溫度T的變化根據禁帶寬度與溫度的關系[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之間的關系可推導出Isc隨溫度的變化率dIsc/dT[6](2)(3)式中，A——與溫度無關的常數；Eg0——用線性外推方法得到的零度時制造太陽電池所用半導體材料的禁帶寬度，Eg0~1.2e
5、V；k——Boltzman常數；r——包含確定二極管反向飽和電流I0的其余參數中與溫度有關的因素，通常在1~4范圍內；T——電池溫度；q——電子電量。理論上，dIsc/dT與公式的其他項相比可以忽略。在忽略dIsc/dT的情況下，Voc對于溫度T的變化率dVoc/dT記作[6]：(4)對于由10片電池組成的小型實驗組件，。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
6、.961196104/mV·°C-1-3.13-2.85-20.20-19.40/°C-10.51%0.46%0.33%0.32%Isc/mA6436.97670.579489253/mA·°C-112.195.617.413.43/°C-10.12%0.07%0.09%0.04%表1給出了標準測試條件下測得的電池單體和組件的Voc、Isc，以及用Minitab軟件對各溫度下測得的Voc、Isc線性擬合所得到的dIsc/dT和dVoc/dT值，并計算dVoc/dT和dIsc/dT與標準測試條件下Voc、Isc的比值。由表1可以看出，溫度升高導致Voc下降，Isc升
7、高。由于冶金級硅比太陽級硅的雜質、缺陷含量高，#1電池的Voc和Isc隨溫度的改變比#2電池劇烈。對于電池單體，雖然dVoc/dT的絕對值比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取實驗所測得的溫度值，Voc取對應溫度下測得的開路電壓值，代入公式（4）計算得到dVoc/dT的理論值，并列入表2。表2中電池單
8、體的dVo
