摘要：本文对单晶硅太阳电池的温度特性进行了简单的介绍，以及温度对单晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因素以及光电转化效率等方面的影响进行了简单的分析。
关键词：单晶硅太阳电池；温度；温度特性；影响
一、单晶硅太阳电池的温度特性
Voc（开路电压）、ISC（短路电流）、FF（填充因子）、η（转换效率）这些分别是组成单晶硅太阳电池的主要特征参数，公式：
η =IscVocFF/EA，（E：光强，A：太阳电池面积） （1）
可以表现各特征参数之间的关系。
根据公式（1）假设E=1000W/m2，温度与ISC、VOC、、FF、η这四个参数则呈现出一个线性关系，运用线性拟合能够得出各参数的温度变化率。温度对单晶硅太阳电池的ISC、VOC、、FF、η具有一定的影响，单晶硅太阳电池的Isc随着温度的升高略微增加，相对其他参数的温度变化率而言很小，单晶硅的禁带宽度随着温度的升高而减小，光吸收增加，这就意味着能产生更大的Isc；载流子的扩散系数随着温度升高而增大，因此少数载流子的扩散长度也随着温度的增加而稍有增大，Voc随着温度升高而减小是影响太阳电池效率降低的主要参数，这是因为Voc随着反向电流增加而降低，而反向饱和电流随着温度升高呈现指数增大。因此，表现出的这几种单晶硅太阳电池的温度特性以及温度特性值的相对大小及公式（1），就可以得出效率随着温度升高而降低的结论。因此，了解单晶硅太阳电池的温度特性，把握温度对单晶硅太阳电池的各种影响，这更利于提高单晶硅太阳电池的功效。
二、温度对单晶硅太阳电池的影响分析
2.1 温度对开路电压的影响
假设在开路条件下，输出电压V=VOC，J=0（VOC：开路电压，J：电流）若，Jo<jph，（jo：反向饱和电流，jph：光电流），则在光照下可获得此肖特基势垒产生的光电压表达式，即 ：
Voc=nkT/e*LnJph/J0 （2）
由公式（2）可得出，Jo与Jph决定着Voc的变化，则可用三项电流之和来表示e与Jo，即
Jo=JT+JI+JD，JT：热离子发射电流，JI：依赖于杂质离子、表面密度、能量的复合电流，JD：一小的电漏电量，通常视为常数 （3）
JD=D，由隧道效应等引起的电流 （4）
JT=A*T2exp（-φB/kT），A*：查德常数，φB：势垒高度 （5）
JI=Cexp（-EI/κ T），C：与杂质浓度有关的常数，EI：杂质或表面态能级 （6）
依据等效电路可知，JD与Rsh（分流电阻）相关，不过温度的变化对其影响不大可忽略，而JT与JI和Z（非线性阻抗）相关，于是JT与JI随温度的变化会影响到Jo的温度变化，而VOC的温度效应又由Jo所引起。
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下面分析JT与JI在不同温度条件下所发挥的作用，若JI先发生作用，可得到：
VOC=[InA-In（A*T2）]nκT/e+[（φB-Ea）n/e] （2-6）
如果在某一温度条件下InA-In（A*T2）<0，那么当该温度变化之后，VOC则会逐渐下降。
根据上述分析可知，在一定温度范围之内，随着温度的升高单晶硅太阳电池的开路电压（VOC）会呈现下降趋势。
2.2 温度对短路电流的影响
单晶硅太阳电池的工作原理相当于一个二极管特性结控制一个光激发的电流产生器，Z（二极管非线性阻抗）、Rsh（分流电阻）、RS（串联电阻）这些参量都影响着电流输出特性及光伏效应。当处于工作负载环境下，输出电流与电压关系的公式是：
J=JO[exp[e/nkT（V-JRs）]-1]-Jph+（v-JRs）/Rsh n：二极管理想因子（8）
由公式9可分别得出2组关系，即输出电流与Rsh、Rs的关系；输出电压与Rsh、Rs的关系，公式表示如下：
J=（V-RshJph）/（Rsh+Rs） （9）
J=-Jph+（V+JphRs）/（Rsh+Rs） （10）
V=Rsh（J+Jph）+JRs （11）
若处于理想条件时，JSC=Jph，且通常状态下Jph随温度呈上升趋势，公式表示如：
Jph=Aecp（-Ea/kT），A：常数，Ea：光导体激活能 （12）
虽然Jph随温度呈上升趋势，不过却没有呈指数形式，原因在于光电流流过Rs时会产生一定的压降，测量短路电流时会在Rsh处流失部分电流，Rsh与Rs对Jph的影响力会因电流的增大而加大，以此压制Jph的升高。
2.3 温度对填充因子的影响
根据单晶硅太阳电池的温度特性可知，温度对FF（填充因子）的影响在于其随温度的升高而降低，究其原因主要是因受制于并联内阻、串联内阻的控制，若处于弱光状态则并联内阻的影响力会加大。假设n在温度变化中成恒定状态，则能得到串联内阻与温度的关系，即温度的升高会引起串联内阻的增大。根据物理机制可知，在温度高于室温时接触电阻与基区电阻影响力、贡献力很小可忽略不计，主要影响来自扩散层的薄层电阻，其会因温度的升高而增加，由此可得填充因子会因串联内阻的增大而下降。假设理想因子是1，则在这一温度范围中填充因子会出现一个最大值，进而推导出填充因子（FF）随温度的变化而变化，成反比的影响关系。
2.4 温度对转换效率的影响
根据开路电压（VOC）、短路电流（ISC）、填充因子（FF）的温度特性值的相对大小及公式（1）可得，温度对单晶硅太阳电池转换效率的影响呈反比关系，温度的升高会引起转换效率（？浊）的下降。经过实验测试得出结论，若标准条件下单晶硅太阳电池的工作状态良好，但实际应用的散热效果不好时，光强相同，温度在45℃工作条件下，单晶硅太阳电池效率会下降1.5%，电池效率损失非常严重。所以，为保证单晶硅太阳电池的高效率，需要在较低温度条件下进行，在这一温度范围内会各自出现一个最大值与最小值，且变化方向相反，那么太阳电池输出功率最大的范围在305K左右。
三、 结束语
通过实验测试，在290-325T（K）范围内温度对单晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转换效率会产生一定的影响，这4个参数会因温度的变化而变化，进而可以得出的结论有：开路电压会随温度的升高而下降，呈反比关系；短路电流会随温度的升高而增大，呈正比关系；填充因子会随温度的升高而降低，呈反比关系，会出现一个极大值的填充因子；转换效率会随温度的升高而下降，呈反比关系，会出现一个极大值和极小值的转换功率。
参考文献：
[1]李永超，翠景光.不同折射率时对N型单晶硅太阳电池电性能的影响[J]科技风，2011（17）
[2]李剑，汪义川，李华，等.单晶硅太阳电池组件的热击穿[J].太阳能学报，2011，32（5）：690-693
论文作者:王雯
论文发表刊物:《基层建设》2016年19期
论文发表时间:2017/8/24
标签：温度论文; 单晶硅论文; 电流论文; 因子论文; 电压论文; 开路论文; 关系论文; 《基层建设》2016年19期论文;