光伏組件負溫度系數(shù)的形成機理

最近較多的提起了為什么光伏組件為什么溫度越低，發(fā)電量越高問題，本文從光伏組件的物理特性來闡述此問題。

溫度系數(shù)是材料的物理屬性隨著溫度變化而變化的速率，不同的材料溫度系數(shù)有所差別，在不同溫度環(huán)境下的表現(xiàn)也不盡相同。溫度系數(shù)可以直觀的比較材料在高溫環(huán)境下的表現(xiàn)優(yōu)劣，簡單的說，溫度系數(shù)絕對值越低，材料的耐高溫表現(xiàn)則越優(yōu)異。

對于光伏組件這種光電子半導(dǎo)體器件，硅的禁帶寬度具有負溫度系數(shù)，涉及的溫度的變化主要分三個方面，溫度與開路電壓的關(guān)系、溫度與短路電流的關(guān)系、溫度與輸出功率的關(guān)系。

1）決定開路電壓大小的是半導(dǎo)體的禁帶寬度和費米能級，由于溫度越高，其費米能級越靠近價帶，所以溫度越高其開路電壓越小，也就是說，溫度／開路電壓二者的曲線大概是一個斜率為負值的直線。

從另一個角度來講電子的共有化運動導(dǎo)致孤立原子的能級形成能帶，即允帶和禁帶。溫度升高，則電子的共有化運動加劇，導(dǎo)致允帶進一步分裂、變寬；允帶變寬，則導(dǎo)致允帶與允帶之間的禁帶相對變窄。反之，溫度降低，將導(dǎo)致禁帶變寬。

2）溫度與短路電流的關(guān)系是溫度越高短路電流越大，但是需要注意的是這里短路電流升高的趨勢要小于上面第一條中開路電壓下降的趨勢，也就是說溫度—短路電流二者的曲線是一個斜率略微為正值的直線。

3）因為溫度升高的時候開路電壓下降很厲害，其幅度比短路電流升高的幅度要大，所以在溫度升高的時候其總輸出功率是下降的，因為P＝UI，U下降的幅度大于I上升的幅度，所以功率與溫度也成反比例關(guān)系。

簡單說來隨著溫度的升高。光伏電池材料的禁帶寬度會變小，本征載流子濃度會變大，短路電流會有略微的提升；P－N結(jié)的內(nèi)建勢變小，復(fù)合載流子遷移率減小，復(fù)合系數(shù)增大，因此開路電壓和填充因子會變小。

但短路電流的增加彌補不了開路電壓和填充因子的減小對轉(zhuǎn)換效率的影響，組件峰值功率會降低。

原文標(biāo)題:光伏組件負溫度系數(shù)的形成機理