【正文】 如圖 44 中（ a）所示的是襯片式結(jié)構(gòu)，是在太陽電池的背后放一塊襯片作。因為非晶硅薄膜是靠氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的，在一塊襯底 上便于使多個單元電池串聯(lián)連接而獲得較高的電壓輸出，如圖 43 所示?？梢?，為驅(qū)動電子裝置，需要一定的高壓，而 該組裝方法存在問題是成本高，接線點太多；從可靠性的觀點來看接線點太多是不利的。而單個太陽電池產(chǎn)生的電壓小于 1V，所以要驅(qū)動這些電子產(chǎn)品，必須使多個太陽電池 元件串聯(lián)連接才能滿足一般電子器件的電壓要求。 按照太陽電池的用途，目的、規(guī)模、太陽能電池的種類等有各種形狀的太陽能電池組件， 下面就幾種典型的例子進行介紹。這些電池正面用退水玻璃背面用軟的東西封裝。 光伏組件是由太陽能電池片群密封而成，是陣列的最小可換單元。最好使用免維護型，一般采用鉛蓄電池。內(nèi)裝輸入電壓控制、過載保護裝置等。 充電控制器：蓄電池的過充電保護裝置。 接線箱：匯總太陽電池組件的配線。 下面我們分別加以討論。 39 光伏發(fā)電部件介紹 第 4 章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)部件介紹 獨立光伏系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括：光伏組件（陣列）、蓄電池、逆變器、控制器。光伏方陣的輸出功率從數(shù)瓦到數(shù)十千瓦不等。光伏組件的輸出功率從零點幾瓦到數(shù)百瓦不等。太陽電池通過吸收太陽 光的光能，將太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能輸出。此時兩曲線的交點表示并聯(lián)輸出 的開 路電壓（此時 I1+I2=0）。通常兩單電池電壓相同，而輸出 電流是兩單電池電流之和。 并聯(lián)失配 并聯(lián)放置的太陽電池如圖 所示。 圖 串聯(lián)失配時輸出的短路電流的計算 在串聯(lián)失配時，輸出的短路電流可利用圖 求得。 電流失配意味著產(chǎn)生電流為兩單電池電流最小值。 36 第三章 太陽電池、組件 圖 兩個串聯(lián)電池。 串聯(lián)失配 由于大部分的光伏組件都是串聯(lián)的，串聯(lián)失配是最常見的失配形式。 35 第三章 太陽電池、組件 圖 PV 組件中某一部分被遮擋是最常見的失配形式。例如，當(dāng)組件中的某一個太陽電池被陰影遮擋而其他的電池都 正常接收太陽光，那么“好”電池的能量輸出就會加到“差”電池上而不是外加到負載。 I Isc m Imp V Vmp Voc 圖 太陽電池組件的伏安特性曲線 圖 太陽電池并聯(lián)和串聯(lián)圖 34 第三章 太陽電池、組件 圖 太陽電池串聯(lián)的伏安特性曲線（兩個和多個） 圖 太陽電池并聯(lián)的伏安特性曲線 失配對太陽電池的影響 當(dāng)太陽電池之間或組件之間的性能不一致時，將它們連接在一起會出現(xiàn)失配。 太陽電池串聯(lián)的伏安特性曲線，見圖 。主要材料有不銹鋼，鋁合金，橡膠，增強塑料等。 32 第三章 太陽電池、組件 邊框 平板組件必須有邊框，以保護組件和組件與方陣的連接固定。 底板 一般為鋼化玻璃、鋁合金、有機玻璃、 TPF 等。目前，低鐵鋼化玻璃為最為普遍的上蓋板材料 粘結(jié)劑 主要有：室溫固化硅橡膠、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇縮丁醛、透明雙氧樹酯、聚醋酸 乙烯等?，F(xiàn)對材料分 述如下： 上蓋板 上蓋板覆蓋在太陽電池組件的正面，構(gòu)成組件的最外層，它既要透光率高，又要堅固， 起到長期保護電池的作用。 太陽電池組件的封裝材料 組件工作壽命的長短和封裝材料，封裝工藝有很大的關(guān)系，它的長短是決定組件壽命 的重要因素之一。 31 第三章 太陽電池、組件 圖 平板式太陽電池組件示意圖 1－邊框； 2－邊框封裝膠； 3－上玻璃蓋板； 4－粘接劑； 5－下底板； 6－硅太陽電池； 7－互連條； 8－引線護套； 9－電極引線。 30 第三章 太陽電池、組件 圖 玻璃殼體式太陽電池組件示意圖 1－玻璃殼體； 2－硅太陽電池； 3－互連條； 4－粘接劑； 5－襯底； 6－下底板； 7－邊框線； 8－電極接線柱。 圖 晶體硅太陽電池封裝成組件所需的材料及結(jié)構(gòu) 太陽電池組件的常見結(jié)構(gòu)形式 圖 太陽電池的典型封裝結(jié)構(gòu) 常規(guī)的太陽電池組件結(jié)構(gòu)形式有下列幾種，玻璃殼體式結(jié)構(gòu)如圖 ，底盒式組件如 圖 ，平板式組件如圖 ，無蓋板的全膠密封組件如圖 。 (4). 組合引起的電性能損失小。 (2). 工作壽命長，要求組件能正常工作 20～ 30 年，因此要求組件所使用的材料， 零部件及結(jié)構(gòu)，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個組件失效?？梢詫⑷舾蓡? 體電池串、并聯(lián)連接并嚴密封裝成組件。 單體電池的制造 硅單體太陽電池的結(jié)構(gòu)如圖 所示。由于絨面電池相對有較高的吸光性能，較多采用（１００）晶向的硅襯底 材料。太低的電阻率反而使開路電壓降低，并且導(dǎo)致填充因子下降。 (2). 電阻率：由硅太陽電池的原理知道，在一定范圍內(nèi)，電池的開路電壓隨著硅基 體電阻率的下降而增加，材料電阻率較低時，能得到較高的開路電壓，而短路電 流則略低，總的轉(zhuǎn)換效率較高。 太陽電池封裝成光伏組件； 光伏組件連接成光伏方陣 . 根據(jù)不同用途，可以從下幾方面選用硅材料： (1). 導(dǎo)電類型：從國內(nèi)外硅太陽電池生產(chǎn)的情況來看，多數(shù)采用Ｐ型硅材料，這是 基于ｎ ／ｐ型電池在空間的應(yīng)用及其傳統(tǒng)的生產(chǎn)歷史。 半導(dǎo)體級硅（太陽電池級硅）切割為硅片 。 柱狀多晶硅微結(jié)構(gòu) (d)納晶硅微結(jié) 構(gòu) (e)非晶硅微結(jié)構(gòu) 圖 非晶硅原子鍵合情況 晶體硅太陽電池的工藝流程可以歸納為下列步驟： (1). (4). (5). (6). 砂子還原成治金級硅 。 26 第三章 太陽電池、組件 硅太陽電池常規(guī)工藝 硅太陽電池的基本工藝 目前，地面用太陽電池所用材料多為硅材料，根據(jù)原子鍵合狀態(tài)不同，大概可以分為晶體硅， 薄膜硅，下面將有詳細的分析。對于垂直地投射到電池上的單波長的光，用一種厚為 1/4 波長、 折射率等于 n （ n為 Si的折射率）的涂層能使反射率降為零。裸 Si表面的反射率約為 40%。為了使 RS小，一般是使金屬柵線做成又密又細的形狀。 （ 7） 金屬柵線和光反射 :在前表面上的金屬柵線不能透過陽光。 PN結(jié)收集的 電流必須經(jīng)過表面薄層再流入最靠近的金屬導(dǎo)線，這就是一條存在電阻的路線，顯然通 過金屬線的密布可以使串聯(lián)電阻減小。 （ 6） 串聯(lián)電阻 :在任何一個實際的太陽電池中，都存在著串聯(lián)電阻，其來源可以是引線、 金屬接觸柵或電池體電阻。 圖 高摻雜效應(yīng)。一種稱為重摻雜效應(yīng)的現(xiàn)象近年來已引起較多的關(guān)注，在高摻雜濃度下， 由于能帶結(jié)構(gòu)變形及電子統(tǒng)計規(guī)律的變化，所有方程中的 Nd和 Na都應(yīng)以（ Nd） eff和（ Na） eff 代替。 （ 5） 摻雜濃度及剖面分布 :對 VOC有明顯影響的另一因素是半導(dǎo)體摻雜濃度。設(shè) 想光強被濃縮了 X倍，單位電池面積的輸入功率和 JSC 都將增加 X倍，同時 VOC 也隨著增加 (kT/q)lnX倍。在加工過程中，適當(dāng)而且經(jīng)常進行相關(guān)工藝處理，可以使 復(fù)合中心移走，因而延長壽命。載流 子的長壽命也會減小暗電流并增大 VOC。s，就可以被 pn收集，從而輸送到 外電路。在間接帶隙半導(dǎo)體材料如 Si中，距離 pn結(jié) 100181。 C， VOC降低 或降低 %。 C時，效率僅為 12％。例如，一個 25 16 3 17 3， 19 3， 第三章 太陽電池、組件 硅電池在 20176。對于 Si， 溫度每增加 1176。 （ 2） 溫度 :隨溫度的增加，效率 η下降。 圖 影響太陽電池輸出特性的因素 影響太陽電池轉(zhuǎn)換效率的因素 （ 1） 材料能帶寬度 :開路電壓 VOC隨能帶寬度 Eg的增大而增大，但另一方面，短路電流密度 JSC隨 能帶寬度 Eg的增大而減小。大量研究工作表明，壽命參數(shù)對輻照缺陷最為靈敏， 也正因為輻照影響了壽命值，從而使太陽電池性能下降。 太陽電池的輻照效應(yīng) 在外層空間存在著高能粒子，如電子、質(zhì)子、 γ粒子等。 VOC隨溫度的升高急劇下降。 理想吸收材料的光譜響應(yīng)應(yīng)該是：當(dāng)光子能量 hνEg時， SR＝ 0； hνEg時， SR＝ 1。曲線上任何一點都可以作為工作點 , 工作點所 對應(yīng)的縱橫坐標，即為工作電流和工作電壓 ,其乘積 P=IV為電池的輸出功率。其中暗電流等于總面積 AT與 Jbk乘積，而光電流 IL為電池的有 22 ? ? 第三章 太陽電池、組件 效受光面積 AE與 JL的乘積，這時的結(jié)電壓不等于負載的端電壓，由圖 可見 V j = IRS + V 圖 pn 同質(zhì)結(jié)太陽電池等效電路 () （ a）不考慮串并聯(lián)電阻 （ b）考慮串并聯(lián)電阻 輸出特性 根據(jù)上圖就可以寫出輸出電流 I 和輸出電壓 V 之間的關(guān)系 I = RSh RS + RSh ? V ? ? I L ? RSh ? I bk (V )? () 其中暗電流 Ibk應(yīng)為 pn結(jié)電壓 Vj的函數(shù)，而 Vj又是通過式（ ）與 輸出電壓 V相聯(lián)系的。由 于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時，在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等， 使一部分本應(yīng)通過負載的電流短路，這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻 RSh來等效。流經(jīng)負載的電流，經(jīng) 過它們時，必然引起損耗。光電流一部分流經(jīng)負載 RL，在負載兩端建立起端電壓 V，反過來它又正向偏置 于 p—n結(jié)二極管，引起一股與光電流方向相反的暗電流 Ibk，這樣，一個理想的 PN同質(zhì)結(jié)太陽 電池的等效電路就被繪制成如圖 )所示。 太陽電池的輸出特性 等效電路 為了描述電池的工作狀態(tài)，往往將電池及負載系統(tǒng)用一等效電路來模擬。用 Si與 GaAs比較，因為 GaAs的禁帶寬度寬，故 I0值比 Si的小幾個 數(shù)量級， GaAs的 VOC值比 Si的高 伏左右。而當(dāng)有 圖 開路電壓與短路電流的關(guān)系 較強的陽光時， VOC則與入射光的強度的對數(shù)成正比。設(shè) I=0 （開路）， Iph＝ ISC，則 Voc = nkT q ln[(I sc I 0 ) + 1] () 在可以忽略串聯(lián)、并聯(lián)電阻的影響時， ISC為與入射光強度成正比的值，在很弱的陽光下， ISCI0，因此 21 ln 第三章 太陽電池、組件 其中 R0 = nkT qI 0 。 4 n1 時， Rmin ? (n 2 ? n0 n2 )? ? (n1 + n0 n2 )? () 一般在太陽光譜的峰值波長處，使得 R變?yōu)樽钚?，以此來決定 d1的值。 設(shè)半導(dǎo)體、減反射膜、空氣的折射率分別為 n n n0，減反射膜厚度為 d1，則反射率 R為 式中： r1=(n0 n1)/(n0 + n1) r2=(n1 n2)/(n1 + n2) θ=2πn1d1/λ λ－波長 R = r12 + r22 + 2r1r2 cos 2? 1 + r12 r22 + 2r1r2 cos 2? () 顯然，減反射膜的厚度 d1為 1/4 波長時， R為最小。為防止表面 的反射，在半導(dǎo)體表面沉積折射率介于半導(dǎo)體折射率和空氣折射率之間的透明薄膜層。 AM 表示入射到地球上的大氣的太陽直射光所通過的路程長度，定義為 AM = b b0 sec Z () 式中： b0——標準大氣壓 b——測定時的大氣壓 Z——太陽天頂距離 一般情況下， b ? b0，例如， AM1