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太陽(yáng)電池光生電流值的大小主要受兩個(gè)因素的影響：電池的光譜響應(yīng)和光源的光譜輻照度分布。電池的光譜響應(yīng)是指在各個(gè)波長(zhǎng)上的單位輻照度所產(chǎn)生的電流與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線，該特性曲線與電池自身的工藝材料特性密切相關(guān)。

理論上來(lái)說(shuō)，測(cè)試每種類型的太陽(yáng)電池必須采用與其光譜響應(yīng)完全一致的標(biāo)準(zhǔn)電池來(lái)標(biāo)定輻照度。在實(shí)際測(cè)量中選擇的標(biāo)準(zhǔn)電池的工藝和材料與被測(cè)試樣只能夠大致相同，兩者光譜響應(yīng)的偏差需要通過(guò)計(jì)算得出，并將得出的光譜失配因子代入電流-電壓(I-V)特性試驗(yàn)，對(duì)比分析電池的電性能參數(shù)。

多晶硅太陽(yáng)電池的電性能在一定的溫度范圍內(nèi)隨溫度的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，筆者根據(jù)多晶硅太陽(yáng)電池的這一特性，依照IEC60891-2009《光伏器件測(cè)定I-V特性的溫度和輻照度校正方法用程序》的溫度修正方法，換算不同溫度下的測(cè)試數(shù)據(jù)，得到標(biāo)準(zhǔn)條件下的特性參數(shù)。

試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

01、試驗(yàn)材料

表1 試驗(yàn)電池的種類及其數(shù)量

02、試驗(yàn)方法

對(duì)多晶硅太陽(yáng)電池進(jìn)行4次I-V特性測(cè)試，分別是：

①設(shè)置光譜失配因子為1，溫度系數(shù)值設(shè)為0；

②輸入電池片相對(duì)應(yīng)的光譜失配因子，不改變溫度系數(shù)值；

③光譜失配因子設(shè)為1，輸入各個(gè)電池片的溫度系數(shù)值；

④輸入各個(gè)電池片的光譜失配因子和溫度系數(shù)值。

分析比較多晶硅太陽(yáng)電池在此4個(gè)不同狀態(tài)下的電性能參數(shù)，為了消除多晶硅太陽(yáng)電池電容效應(yīng)的影響，試驗(yàn)中采用的脈沖時(shí)間均為140ms。

試驗(yàn)結(jié)果與討論

01、無(wú)修正的I-V特性

利用太陽(yáng)能電池片光電性能測(cè)試模擬器，將光譜失配因子設(shè)為1，溫度系數(shù)值為0，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件【AM(air-miss)1.5，光強(qiáng)為1000 W·m-2，溫度為25℃，下同】下對(duì)試樣進(jìn)行電性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)電池的電性能數(shù)據(jù)

02、光譜修正的I-V特性

用電池量子效率檢測(cè)儀對(duì)試驗(yàn)電池分別進(jìn)行光譜響應(yīng)測(cè)試，并計(jì)算光譜失配因子，計(jì)算公式為

式中：E0(λ)為標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度分布；E (λ)為實(shí)測(cè)光源（太陽(yáng)模擬器）的光譜分布；Rr(λ)為標(biāo)準(zhǔn)電池的相對(duì)光譜響應(yīng)；Rt(λ)為試驗(yàn)電池的相對(duì)光譜響應(yīng)；d(λ)為波長(zhǎng)的微分。

計(jì)算得出的光譜失配因子如表3所示，在進(jìn)行測(cè)試I-V特性的試驗(yàn)時(shí)，輸入光譜失配因子，并在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下進(jìn)行測(cè)試，與未進(jìn)行光譜修正的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖1所示，可見(jiàn)輸入試驗(yàn)電池的光譜失配因子后，短路電流有了明顯提高，相應(yīng)地峰值功率也有了明顯提高。

表3 試驗(yàn)電池的光譜失配因子

圖1 多晶硅太陽(yáng)電池光譜修正前后的電學(xué)特性比較

03、溫度系數(shù)修正的I-V特性

利用控溫載臺(tái)控制試樣電池溫度，采用升溫法和降溫法重復(fù)測(cè)試短路電流Isc、開(kāi)路電壓Voc和峰值功率Pmax，且溫度跨度范圍為20~60℃，測(cè)試間隔為2.5℃。以2號(hào)普通多晶硅太陽(yáng)電池為例，測(cè)試其在不同溫度下電性能數(shù)據(jù)的變化。

如圖2~4所示，分別為試驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試的普通多晶硅太陽(yáng)電池的Isc，Voc，Pmax與溫度的關(guān)系函數(shù)圖，并構(gòu)造最小二乘法對(duì)其進(jìn)行擬合。

圖2 短路電流的溫度特性

圖3 開(kāi)路電壓的溫度特性

圖4 峰值功率的溫度特性

上述函數(shù)曲線關(guān)系可用下式表示

y＝ax+b（2）

式中：a表示溫度系數(shù)，短路電流溫度系數(shù)α1取0.0056A·℃-1，開(kāi)路電壓溫度系數(shù)β1取-0.0021V·℃-1，峰值功率溫度系數(shù)δ1取-0.0192W·℃-1。相對(duì)溫度系數(shù)可用百分?jǐn)?shù)表示，其計(jì)算公式為

TC＝100a/（25a +b）（3）

式中：TC為相對(duì)溫度系數(shù)，短路電流溫度系數(shù)α2取0.06331％·℃-1，開(kāi)路電壓相對(duì)溫度系數(shù)β2取-0.3343％·℃-1，峰值功率相對(duì)溫度系數(shù)δ2取-0.4350％·℃-1。

由圖2~4可知，隨著試驗(yàn)電池溫度的升高，短路電流有微小的提升，而開(kāi)路電壓和峰值功率的下降幅度稍大，可見(jiàn)溫度對(duì)開(kāi)路電壓和峰值功率的影響相對(duì)較大。

對(duì)試驗(yàn)試樣在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下進(jìn)行I-V測(cè)試，并輸入計(jì)算得出的溫度系數(shù)，將得到的電性能數(shù)據(jù)與未進(jìn)行溫度修正的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其對(duì)比結(jié)果如圖5所示，可見(jiàn)溫度修正后，開(kāi)路電壓和峰值功率都有所上升。

圖5 多晶硅太陽(yáng)電池溫度修正前后的電學(xué)特性比較

04、光譜修正和溫度系數(shù)修正的I-V特性

輸入光譜失配因子和溫度系數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)試試驗(yàn)電池，將此時(shí)測(cè)出來(lái)的電性能數(shù)據(jù)與未經(jīng)過(guò)修正的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示，測(cè)得的電性能數(shù)據(jù)如表4所示。

圖6 多晶硅太陽(yáng)電池光譜與溫度修正前后的電學(xué)特性比較

表4 多晶硅太陽(yáng)電池光譜與溫度修正后的電性能數(shù)據(jù)

可見(jiàn)經(jīng)過(guò)修正后試驗(yàn)電池的短路電流和峰值功率有了明顯提高。通過(guò)計(jì)算分析，經(jīng)過(guò)修正后試驗(yàn)電池的短路電流提高了0.364％，開(kāi)路電壓提高了0.151％，峰值功率上升了1.236％。

（1）光譜失配因子對(duì)多晶硅太陽(yáng)電池測(cè)試結(jié)果中的短路電流影響較大，從而影響電池的輸出功率。

（2）溫度對(duì)多晶硅太陽(yáng)電池測(cè)試結(jié)果中的開(kāi)路電壓影響較大，隨著電池溫度的升高，短路電流略有增加、開(kāi)路電壓明顯下降，導(dǎo)致電池的輸出功率隨電池溫度的上升而下降。