太陽能電池的溫度和光強特性研究

【摘要】：太陽能是最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉础９夥l(fā)電是解決能源危機，實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。硅太陽能電池是當今市場的主流產(chǎn)品，其最高效率是24.7%，由新南威爾士大學馬丁·格林教授研制的PERL單晶硅電池取得單并保持至今。繼續(xù)提高轉(zhuǎn)換效率十分困難，但電池的效率會隨溫度和光強變化而變化。因此，研究溫度和光強對太陽能電池的影響是必要的。 本文將太陽輻射光譜（AM0）等效為5778K的黑體輻射，推導了太陽能電池的電流電壓關(guān)系；對真實太陽能電池中最重要的SRH復合過程引入了一種等效處理方法，建立了單晶硅太陽能電池的理論模型，討論了溫度對電池輸出特性的影響。結(jié)果表明：隨著溫度的增加，除了短路電流有0.14A/℃的線性上升外，開路電壓，填充因子，轉(zhuǎn)換效率均線性減小，其中開路電壓降幅1.41mV/℃，填充因子下降0.05%/℃,效率降幅達0.6%/℃。 本文通過定義輻射復合權(quán)重J_(rad)/(J_(rad)+J_(SRH))，分析了兩種復合對電池的影響，給出了一種估算電池轉(zhuǎn)換效率的方法；分析溫度和復合中心濃度與轉(zhuǎn)化效率極限的關(guān)系。結(jié)果表明：隨著溫度的增加，效率極限降低，對應的最佳帶隙增大；隨著復合中心濃度的增加，效率極限減小,最佳帶隙右移。若以成本控制為主，可在1.7eV左右尋找廉價材料，如非晶硅。 本文用聚光幾何因子F_c修正太陽幾何因子F_s后，研究了低倍聚光下單晶硅太陽能電池的輸出特性，并與文獻的理論公式進行比較，在C=100時，開路電壓、最大輸出功率、轉(zhuǎn)換效率分別比文獻理論值大0.7%，2.2%，2.3%；模擬了高倍聚光下，太陽能電池的理論效率極限。C=100，單晶硅電池的理論轉(zhuǎn)換效率限為34.6%，略小于文獻理論值36%；完全聚光下，給出了單結(jié)聚光太陽能電池理論轉(zhuǎn)換效率極限40.7%，對應的最佳帶隙為1.1eV。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 溫度特性 光強特性 輻射復合 SRH復合
【學位授予單位】：太原科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 能源與發(fā)展9
• 1.1.2 太陽能——未來的主力能源之一9-10
• 1.1.3 我國太陽能資源分布與利用10-12
• 1.1.4 太陽能光伏發(fā)電優(yōu)勢12
• 1.2 太陽能電池的歷史與發(fā)展前景12-13
• 1.2.1 太陽能電池的發(fā)展史12
• 1.2.2 太陽能電池的發(fā)展前景12-13
• 1.3 太陽能電池的溫度和光強研究現(xiàn)狀13
• 1.4 論文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排13-15
• 第2章 太陽能電池的基本理論15-27
• 2.1 太陽輻射15-17
• 2.1.1 太陽輻射常數(shù)15
• 2.1.2 大氣質(zhì)量與標準測試條件15-16
• 2.1.3 太陽能電池上有關(guān)角度介紹16-17
• 2.2 半導體材料特性與 PN 結(jié)的光伏效應17-20
• 2.2.1 半導體材料特性17-18
• 2.2.2 PN 結(jié)的光伏效應18-20
• 2.3 精細平衡原理推導太陽能電池伏安特性20-22
• 2.4 太陽能電池特性分析22-25
• 2.4.1 理想太陽能電池等效電路22-24
• 2.4.2 寄生電阻對太陽能電池的影響24-25
• 2.5 太陽能電池的設(shè)計與工藝25-27
• 第3章 太陽能電池的溫度特性研究27-35
• 3.1 溫度對太陽能電池輸出特性的影響27-30
• 3.1.1 單晶硅太陽能電池理論模型設(shè)計27-28
• 3.1.2 溫度對電池輸出特性的影響28-30
• 3.2 溫度對暗電流的影響30-33
• 3.3 溫度對太陽能電池效率極限的影響33-35
• 3.3.1 溫度對理想太陽能電池效率極限的影響33-34
• 3.3.2 復合中心濃度對太陽能電池效率極限的影響34-35
• 第4章 太陽能電池的光強特性研究35-45
• 4.1 聚光太陽能電池基礎(chǔ)35-37
• 4.1.1 聚光太陽能電池的發(fā)展35
• 4.1.2 聚光太陽能電池的組成35-37
• 4.2 低倍聚光下太陽能電池研究37-43
• 4.2.1 低倍聚光太陽能電池理論模型37-41
• 4.2.2 低倍聚光太陽能電池輸出特性41-43
• 4.3 高倍聚光下太陽能電池研究43-45
• 4.3.1 高倍聚光下載流子的產(chǎn)生與復合43-44
• 4.3.2 聚光太陽能電池的理論效率極限44-45
• 第5章 總結(jié)與展望45-47
• 5.1 總結(jié)45-46
• 5.2 展望46-47
• 參考文獻47-51
• 致謝51-53
• 附錄 有關(guān)參數(shù)及取值53-55
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文55-56

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