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一种便于实现的、太阳电池的结构设计

光伏电池组件  来源:太阳能杂志  作者:王亿  2019/3/14 16:59:11  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:标准太阳电池是专门标定过的太阳电池,它是通过标准太阳光谱辐照度分布来测量辐照度或设定太阳模拟器辐照度的器件,被广泛应用于太阳电池与光伏组件的校准和测量领域。本文介绍了一种便于实现的标准太阳电池的结构设计,重点介绍了每个部件的选用及整个制造过程,并且对制造完成的标准电池做了相关的性能测试。

(来源:微信公众号“太阳能杂志” ID:tynzz1980)

1 结构主体

本文介绍的标准太阳电池设计结构如图1所示,主体部分由晶体硅电池片、石英玻璃、铝合金外壳、可伐合金基板、铂电阻pt100、lemo连接器构成[1]。

360截图18480924576866.jpg

1.1 晶体硅电池片

晶体硅电池片是标准太阳电池的核心部件,起标定光源光谱辐照度分布的作用。晶体硅电池片选用高效率的单晶硅电池片,首先对电池片进行稳定性处理,然后切割成20 mm×20mm 的尺寸,切割时保留电池一边的主栅线,并将电池边缘作绝缘处理,在主栅线及电池片的背面分别引出电池的正、负极。完成后的晶体硅电池片如图2所示。

360截图18480924576866.jpg

1.2 石英玻璃

石英玻璃作为标准太阳电池的窗口层,其性能指标决定了到达晶体硅电池表面的光强和光谱分布。本设计选用紫外高透石英方形玻璃片,边长为49.7 mm,厚度为3.2 mm,倒角为45°。玻璃表面经过细磨精抛光,在300~1200nm波段下透过率超过91%,其透过率曲线如图3所示。

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1.3 铝合金外壳

标准太阳电池主体部分采用6061铝合金具有加工性能佳、抗腐蚀性好、韧性高、加工后不变形、材料致密无缺陷等优良特点。铝件本体加工完成后,表面进行抛丸及硬质氧化处理,氧化后表面反射率曲线如图4所示。

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由图4可知,该外壳在波长为700nm以下时,反射率控制在5%以内;在波长为700nm以上时,有着较高的反射率。

1.4 可伐合金基板

基板采用4j29可伐合金。可伐合金作为电池片的衬底使用,最终与电池片、玻璃和EVA一起进行层压。该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数,与相应的硬玻璃能进行有效封接匹配。由于可伐合金在窗体内部石英玻璃板下层,其反射率曲线的好坏会对标准光伏组件性能产生极大影响,因此,将可伐合金加工成型后,还需进行哑光黑喷塑处理。可伐合金基板表面反射率曲线如图5所示。

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由图5可知,在波长300~1200nm以内,可伐合金基板表面反射率都控制在5%以内,满足标准IEC60904-2的要求[2],有不错的效果。

1.5 铂电阻pt100

温度传感器选用铂电阻pt100,其在0℃时的阻值Ro漂移小于等于0.04%。铂电阻pt100采用四线法连接至lemo连接器上,安装于可伐合金与铝合金基底之间。利用一个无头螺钉将pt100紧压在可伐合金的底部,由于电池片紧贴着可伐合金,可伐合金又仅有1mm的厚度,因此,电池片的温度变化能较为灵敏地反映到pt100上。

1.6 Lemo连接器

连接器采用4芯lemo连接器,2个lemo头母头分别利用四线法与电池片和pt100相连接,固定于铝合金基底的一侧边。

1.7 组装

选用与石英玻璃折射率相近的EVA,按照“玻璃-EVA-晶体硅电池片-EVA- 可伐合金”的顺序进行层压[3],层压完成后进行电池、pt100与lemo连接器的焊接,焊接完成后进行壳体的安装。完成的标准太阳电池如图6所示,完成后的样品窗口视角163°,满足标准IEC60904-2的要求[2]。

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2 性能测试

2.1 光谱响应

对制成的标准太阳电池进行性能测试,其外量子效率曲线和光谱响应曲线如图7、图8所示。由图7、图8可知,该标准太阳电池光谱响应特性与各类型晶体硅光伏器件光谱响应特性相类似,足够用于各种晶体硅类型光伏器件的测量。

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2.2 电流电压特性曲线测量

在AM1.5G测试条件下,标准太阳电池的电流-电压、功率-电压特性曲线如图9所示。

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由图9可知,标准太阳电池的短路电流为0.137A,则其短路电流密度为34mA/cm2。电池有着较高的光电转换效率,且因为常见的晶硅类电池及组件有着相似的光谱响应曲线,使得该标准太阳电池能够用于各种类型的太阳电池及光伏组件的测量。当需要测量其他类型的光伏器件,如非晶硅、微晶硅、有机电池等具有不同光谱响应特性的光伏器件时,只需要在该设计基础上更换窗口层与晶体硅电池片的类型,使匹配后光谱响应特性与被测光伏器件相适应即可。

3 结论

本文介绍了一种便于实现的标准太阳电池的结构设计,并对该设计的选材及封装作了详细介绍。该设计符合标准IEC60904-2中对于参考电池结构的要求。通过该设计制作的标准太阳电池有不错的性能表现,能用于各种单、多晶硅电池及组件的测量,并且当更换电池与窗口玻璃的选材时,亦能用于对其他类型光伏器件的测量。

原标题:一种便于实现的,太阳电池的结构设计

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