孫建起，王寧寧

（石家莊學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院，河北石家莊050035）

單晶硅光伏電池基本特性參數(shù)研究

孫建起，王寧寧

（石家莊學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院，河北石家莊050035）

采用SAC-Ⅲ+G太陽能光伏電池實(shí)驗(yàn)（探究型）系統(tǒng)研究了太陽能光伏電池的3個基本特性：光照特性、溫度特性及光譜響應(yīng)特性.其中，光強(qiáng)特性選取600-1 200 W/m2區(qū)間，得出單晶硅光伏電池不同光強(qiáng)下的伏安特性變化曲線.溫度特性實(shí)驗(yàn)選取-10℃到35℃區(qū)間，得出不同溫度對光伏電池開路電壓、短路電流及轉(zhuǎn)換率的影響.光譜響應(yīng)實(shí)驗(yàn)選取395 nm，490 nm，570 nm，665 nm，760 nm，865 nm，950 nm，1 035 nm等8組波長，得出單晶硅光伏電池最佳光譜響應(yīng)波長為900 nm左右.

單晶硅電池；光照特性；溫度特性；光譜響應(yīng)特性

0 引言

太陽能電池的實(shí)質(zhì)是利用PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為電能.通常對太陽能電池的研究，是通過對其等效電路及其基本參數(shù)實(shí)驗(yàn)測量來完成的，其中包括開路電壓、短路電流、最大功率、轉(zhuǎn)換效率和填充因子等.

光伏電池輸出特性中的非線性特點(diǎn)，決定了其輸出功率會隨著光照強(qiáng)度、溫度的變化而呈現(xiàn)多變性，此外，不同類型的光伏電池對光強(qiáng)、溫度及波長等影響因子有著不同的適宜性，只有當(dāng)光強(qiáng)、溫度、波長等因子達(dá)到最佳條件時，輸出功率才會達(dá)到最大值.因此，對單晶硅電池在不同光強(qiáng)、溫度及波長等條件下展開試驗(yàn)性研究，得出上述3種影響因子對單晶硅電池輸出特性的最優(yōu)參數(shù)，為單晶硅光伏電池的進(jìn)一步研究及應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ).

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)采用SAC-Ⅲ+G太陽能光伏電池實(shí)驗(yàn)（探究型）系統(tǒng)對單晶硅太陽能電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn).該實(shí)驗(yàn)平臺的優(yōu)勢包括：1）采用最為接近太陽光的氙燈作為實(shí)驗(yàn)光源，并設(shè)置有光強(qiáng)6檔可調(diào)模式；2）雙向溫控，實(shí)驗(yàn)溫度可選擇區(qū)間大；3）配有8組濾光片，光譜測試范圍廣.重點(diǎn)以光強(qiáng)特性實(shí)驗(yàn)、溫度特性實(shí)驗(yàn)和光譜響應(yīng)實(shí)驗(yàn)作為研究目標(biāo)，通過測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別得到溫度、光強(qiáng)和光譜對3種太陽能電池的開路電壓、短路電流、最大輸出功率、填充因子和轉(zhuǎn)換效率等的影響.

2 光照強(qiáng)度特性

在室溫條件下，將氙燈光源分別置于1，2，3，4，5，6檔，測量單晶硅太陽能電池的輸出特性，并計算其特性參數(shù)如表1所示.

將各檔位采集到的電流、電壓及功率值進(jìn)行曲線輸出，分別得到伏安特性曲線（I-V）和伏瓦特性曲線（P-V），分別如圖1和圖2所示.

表1 不同光強(qiáng)下單晶硅電池基本特性參數(shù)

圖1 不同光強(qiáng)下單晶硅電池I-V特性曲線

圖2 不同光強(qiáng)下單晶硅P-V特性曲線

由圖1和圖2可知，隨著光強(qiáng)的增大，最大輸出功率和短路電流明顯增大，開路電壓存在微小增加，電池內(nèi)阻及輸出呈非線性變化.

3 溫度特性

實(shí)驗(yàn)中，將光強(qiáng)固定在5檔（接近標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)：1 000W/m2），在此基礎(chǔ)上分別設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度為35℃，25℃，15℃，5℃和-5℃，測量太陽能電池I-V特性，并由此算出最大輸出功率、轉(zhuǎn)換效率和填充因子等參數(shù)，單晶硅電池片不同溫度下的各項性能參數(shù)如表2所示.

單晶硅電池片不同溫度下的I-V和P-V特性曲線分別如圖3和圖4所示.

由伏安特性曲線可知，隨著溫度的增加，單晶硅的開路電壓減小，在（-5℃，5℃）區(qū)間內(nèi)短路電流明顯增加，在（5℃，35℃）區(qū)間內(nèi)短路電流基本不變，曲線走向一致且為向上、向左移動.在伏瓦特性曲線中，功率先增大后減小，隨溫度增加，最大功率呈下降趨勢，但-5℃和5℃下的最大功率基本相等.

表2 不同溫度下單晶硅電池基本特性參數(shù)

圖3 不同溫度下單晶硅電池I-V特性曲線

圖4 不同溫度下單晶硅電池P-V特性曲線

4 光譜響應(yīng)特性

不同的光具有不同的波長，波長不同產(chǎn)生的能量也不同.只有那些能量大于太陽能電池禁帶寬度的光子才能被太陽能電池吸收并轉(zhuǎn)化成電能.響應(yīng)波長下的太陽能電池短路電流與入射光功率之比即其光譜響應(yīng)，又稱光譜靈敏度，分相對光譜響應(yīng)和絕對光譜響應(yīng)兩種，絕對光譜響應(yīng)為一定波長的光照下短路電流與入射光功率之比，如表3所示，相對光譜響應(yīng)為絕對光譜響應(yīng)與絕對光譜響應(yīng)最大值之比.

表3 標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)探測器的相對光光譜響應(yīng)

表4 單晶硅電池片的光譜響應(yīng)表

實(shí)驗(yàn)中，將溫度控制在25℃，氙燈光源設(shè)定為5檔，加入不同濾光片，為395nm，490nm，570nm，665nm，760 nm，865 nm，950 nm，1 035 nm共8組，記錄不同波長下光強(qiáng)探測器產(chǎn)生的電流I'（λ）和相應(yīng)太陽能電池片的短路電流I（λ），R’（λ）為實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)探測器的相對光光譜響應(yīng)，絕對光譜響應(yīng)為，結(jié)果如表4所示.

繪制單晶硅電池不同波長條件下相對光譜響應(yīng)曲線，如圖5所示.

圖5 單晶硅電池片的光譜響應(yīng)曲線

可以看出，單晶硅的長光譜波長響應(yīng)較好，最佳光譜響應(yīng)波長為900 nm左右，且光譜響應(yīng)范圍比較廣.

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（責(zé)任編輯 鈕效鹍）

A Study on the Basic Characteristic Parameters of Solar Battery of Crystalline Silicon

SUN Jian-qi，WANG Ning-ning
（School of Physics&Electrical Information Engineering，Shijiazhuang University，Shijiazhuang，Hebei 050035，China）

Three basic characteristics，namely light characteristics，temperature characteristics and spectral response characteristics of solar photovoltaic cells are studied by SAC-Ⅲ+G solar photovoltaic cell experiment（Investigation Type）.Therein the characteristic of the light intensity is selected from 600 W/m2to 1 200 W/m2，and the change curve of the volt ampere characteristic under different light intensity is obtained.The temperature characteristics experiments select from-10℃to 35℃，the effect of different temperature on the open circuit voltage，short circuit current and conversion rate are obtained.Spectral response experiments select 395 nm，490 nm，570 nm，665 nm，760 nm，865 nm，950 nm，1 035 nm 8 group，the best spectral response wavelength of monocrystalline photovoltaic cells is about 900 nm.

monocrystalline silicon cells；light properties；temperature characteristics；spectral response characteristics

TP13

：A

：1673-1972（2015）06-0009-04

2015-05-18

孫建起（1986-），男，河北邢臺人，助教，主要從事機(jī)電一體化研究.