太阳能电池的最新研究进展

太阳能电池的最新研究进展

作者：闫红梅 温廷敦 来源：《硅谷》2011年第21期

摘要： 主要介绍太阳能电池的分类及其温度特性，在采用聚光技术提高转换效率时，因为转换效率随温度的上升而下降，所以又引入若干常见的冷却方法。 关键词： 分类；温度特性；冷却技术

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1110031－01 0 引言

太阳能之所以具有广阔的应用前景，是因为它是一种可持续利用的清洁能源。太阳能电池的发展趋势是进一步降低成本、提高转换效率。而聚光太阳能电池能有效降低成本和提高电池转换效率。在采用聚光型光伏发电系统时，因其转换效率随温度的上升而下降，所以在聚光型电池的研究和设计中重要环节之一——冷却方式的选择。 1 太阳能电池的分类 1.1 多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳能电池价格较低，有着良好的竞争优势。但因其存在较多的晶粒间界，所以缺点多，导致转换效率不够高，实验室最高转换效率为20.3％。 1.2 化合物太阳能电池

化合物太阳能电池包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物电池。前者主要有GaAs、InP、GaSb电池等；后者主要有CaS／CulnSe、CaS／CdTe电池等。GaAs电池的转换效率在Ⅲ-Ⅴ族中最高，可达28％。

1.3 有机太阳能电池

有机太阳能电池具有成本低、加工容易的优势，采用真空蒸镀或涂敷的方法制备成膜，材料选择的余地大，可制造面积大，因此引起科研人员的极大关注。 1.4 聚光型太阳能电池

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为了提高太阳辐射能流密度，增大光强。通过使用聚光器，把较大面积的阳光会聚在一较小的范围内，实现了用较小面积的太阳能电池获得较高转换效率的目的。 1.5 薄膜太阳能电池

当前国际上研发的主要方向之一——太阳能电池薄膜化。对于CdTe化合物半导体薄膜电池的研究，虽然CdTe稳定、无害，但Cd和Te分别是有毒的，科研人员正在研究部分替代材料。

2 太阳能电池的温度特性

太阳能电池的正常工作温度为-65～125℃。在给定光强下，太阳电池工作温度的升高将导致电池的输出功率和效率有所减少，同时其使用寿命也降低，当电池工作温度高达200℃时，电池只能忍受30分钟。研究表明相对于25℃（电池的额定工作温度）下，温度每升高1℃功率Pm降低0.3％。

3 光伏电池的常用冷却方法

在聚光型发电系统中，利用聚光器聚光时，由于阳光不能均匀的投射在电池组件表面，温度会迅速上升，引起电池间的电阻不均匀，电池转化效率迅速下降。为了保证电池在正常温度下工作，必须安装散热装置。 3.1 微通道冷却技术

微通道冷却技术在电子冷却技术中的应用较为广泛。目前对微通道冷却器的研究集中在微通道表面温度的分布、流道尺寸对流动阻力及换热效果的影响等方面。研究中的微通道冷却器其缺点是工质流动方向的温度及压力梯度较大，从而增加了泵或风机的功耗。 3.2 液体射流冲击技术

液体射流冲击冷却技术——从微孔中喷出液体工质到被冷却表面，因液体的强烈扰动，工质与表面之间换热系数保持在很高的水平上。目前该项技术的热阻比微通道还要低，可达10-5～10-6(m2.k)w[3]。设计一个射流冲击阵列就可以冷却较大的面积，但换热效果会因相邻射流的互相影响而降低。 3.3 热管冷却技术

在采用聚光器聚光时，光斑的不均匀会引起电池间电阻的不均匀，导致输出功率降低，而且聚焦倍数越大这种影响越明显。而热管是一种高效传热元件，同时具有很好的均温性能，非

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常适用于聚光条件下的电池冷却[4]，它具有较高的传热能力和均温性，散热能力一般为250-1000kW／m2[5]。 3.4 液浸冷却技术

大多数传统冷却方式之所以不能达到很小的热阻，是因为存在壁面（在电池和冷却工质之间），理论上该壁面应该非常薄（如0.1mm），但实际情况中难以达到。为了消除间隔，将电池直接浸没在液体工质中，来获得较好的冷却效果。ABR-HAMYAN[6]等人发现利用电绝缘液体，可以将光伏电池的效率提高40％-60％。 4 总结

太阳能电池是目前研究的热点领域之一，无论在理论还是在实验方面，仍存在许多问题有待于解决。影响转换效率的因素有很多，包括冷却方式的选择、寻求经济的半导体材料等。但是太阳能电池的应用已经给人类社会带来了巨大的财富。所以我们坚信，在不久的将来一定能突破“转换效率偏低”这个瓶颈。

参考文献：

[1]申树芳、刘伶俐、徐承天，太阳电池研究及应用[J].化学教学，2007（4）：45-47． [2]D.E.Carlson,S.Wanger,Renewable Energy,1993,Island Press,Washi ngton.

[3]ROHSENOW W M,HARMETT J P,CHO Y I.Handbook of Heat transfer,3rd ed[M].McGraw-HilJ,New York.1998.

[4]DUNN P D,REAY D A.Heat pipes 4th ed[M].New York,1994.

[5]UGUMORI T,IKEYA M.Efficiency increase of solar cells operated in dielectric liquid[J].Japanese of Applied Physics,1981,20:77-80.

[6]ABRAHAMYAN Y A,SERAGO V l,AROUTIOU-NIAN V M,et a1.The efficie

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Ncy of solar cells immersed in liquid dielectrics[J].Solar Energy Materials and Solar Cells,2003，73:367-375.

作者简介：

闫红梅（1986-），女，汉族，山西省忻州人，学士，山西省太原市中北大学理学院凝聚态物理专业，研究方向：太阳能发电。