太阳能电池温度特性研究(2)

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第四章材料参数模型建立及计算 21

4.1 对内部载流子随温度变化的仿真程序 22

4.2 模型小结 23

4.3 太阳能电池模型及Matlab仿真分析 23

致谢 27

参考文献 28

第一章绪论

1.1 引言

随着石油、煤炭、电力等不可再生能源的日益紧缺，以及对环境保护的日益重视，能源问题已经成为制约社会经济发展的重要因素，寻找代替煤炭以及化石能源已经变得非常紧迫。当今世界的能源大约百分之八十多都是靠石油煤炭等提供的，而这些传统的一二次化石燃料都是不可再生的，随着时间的推移，这些能源都会一天天减少，同时，传统的化石燃料在使用过程中对环境会造成巨大的污染，温室效应、酸雨侵蚀等环境问题越发突出。这些对人类对大自然都带来了严重的破坏，人类迫切需要一种蕴含巨大而且环保的新能源。风能和水能的利用又需要特定的环境低于，生物质能需要大面积的种植作物才能实现[1]，核能的使用又存在一定的危险性，而太阳能作为一种容易获取、可再生且清洁绿色安全的能源。

这其中，太阳能电池是光伏发电系统的核心。众所周知，温度是影响电池效率的一个重要因素，一个太阳能电池能否工作良好，电池的结构、材料和外部条件都是影响它的因素。太阳能电池的除光谱特性外，另外温度特性也是太阳能电池一个重要的特征。对于大部分普通的太阳能电池来说，随着温度的上升，短路电流随之上升，开路电压随之减小，转换效率也相应降低。而在太阳能电池实际应用时，就必须考虑到它的输出能量受到温度的影响。特别是室外使用的太阳能电池，在使用过程中由于阳光的作用电池温度可能会变得较高。在这方面，带隙大的材料做成的电池的温度效应就小于带隙窄的材料。为此，本课题主要研究单结及多结太阳能在太阳温度变化及外界温度变化下的主要材料参数变化，从而开发有效的仿真计算模型。讨论其内部的物理机制，研究外界热能的变化对载流子及对太阳能电池的影响。

与传统发电方式相比，太阳能发电目前成本较高。太阳能发电有两种方式。光热电的转换方式是通过利用太阳辐射产生的热能发电，但是呢，热发电的缺点很明显，就是效率低陈本高。光电直接转换方式则是利用光生伏特效应将太阳能量直接转化为电能，而太阳能电池就是其转换的基本装置。所以，随着传统能源的日渐枯竭和价格的不断攀升，太阳能取代传统能源成为人类社会的主要能源已经不远了。

1.2 太阳能

太阳辐射是指太阳向宇宙发射的电磁波和粒子流，这些辐射来自于太阳内部的核聚变反应，太阳内部的核聚变产生的能量是十分巨大的，每秒钟约有6*1011的H2转变成He，太阳质量减少4*103kg，同时释放出巨大的能量。虽然太阳辐射到地球大气层的能量只占有总辐射量的22亿分之一，但是相对于人类的能量消耗来说，也是十分巨大的。太阳能资源得的分布情况一般与地理位置和气候环境有关，地理位置包括所处的纬度、海拔高度等，气候环境主要包括是否多云雨天气，季节变化等。

1.3 太阳能电池发展概况及种类

自从1954年第一块单晶硅PN结太阳能电池问世以来，太阳能电池已经发展了五十多个年头，人们对太阳能电池研究的热情始终高涨。太阳能电池的研究已经成为全球最热点的研究之一。用于制作太阳能电池的材料种类越来越丰富，太阳能电池的转换效率越来越高，同时，商用的太阳能电池价格也变得越来越亲民，太阳能电池大规模商用的时代即将来临。Green提出了将太阳能电池的发展划分为三个阶段[5]的建议，目前已被大家广泛所认可。