晶体硅太阳电池组件的优化设计.doc

晶体硅太阳电池组件的优化设计 孔凡建 江苏辉伦太阳能科技有限公司（210032） 一般地认为，晶体硅太阳电池组件的制造技术比较简单，所以一些企业对组件制造过程的技术管理和控制并不十分重视，并且在某些方面存在着误解和错误，而且关于晶体硅太阳电池组件的相关文献十分缺少。笔者近几年相继发表了一些关于晶体硅太阳电池组件的研究报告[1-3]。本文的目的就是将这些报告中的一些成果和目前正在研究的成果做一个简要的介绍。 光路优化和光学增益 文献[1]于2003年发表，讨论了晶体硅太阳电池组件的光学增益问题。文献中记载的实验证明，好的光学匹配可以使光学增益达到5.75%。但是，坏的光学匹配，也可以几乎不发生光学增益。怎样提高光学增益，是太阳电池组件制造过程中的一个重要技术。 图1. 玻璃花型形成的阴影 图1中的深色斑点是玻璃压花在组件内部形成的阴影。这些阴影对照射到太阳电池表面上的光的均匀性产生了不良的影响，必然影响到太阳电池的转换效率。 提高太阳电池组件的光学增益，另一个重要的方面是减少太阳电池组件对光线的反射。在垂直入射时，在两个透明介质分界面上的反射率R由下式[4]决定： （1） 其中：n1和n2分别是两个介质的折射率。已知空气的折射率n0 = 1，如果光伏组件玻璃的折射率n1 = 1.45，则在空气玻璃界面的反射率为3.4%。为了减少这个折射，光伏玻璃表面往往制作成绒面，可以使反射降低到2%以下。 在晶体硅太阳电池表面，一般都镀有SiN减反射膜。为了使太阳电池表面的反射率最小，SiN膜的几何厚度d一般满足： （2） 其中：λ0是所选择的中心波长；n3是SiN膜的折射率。 以n2代表EVA的折射率，n4代表Si材料的折射率。对于满足（2）式的SiN减反射膜，太阳电池组件中太阳电池表面对波长为的光的反射率可以表达为[4]： （3） 如果忽略二次反射，忽略各层介质对光的吸收，忽略玻璃的压花和太阳电池绒面效果，太阳电池组件表面的总反射率可以表达为： （4） 如果玻璃表面镀膜，膜的折射率为n5，假设玻璃压花的减反射比为η1，太阳电池绒面的减反射比为η2，则（4）式可以修改为： （5） 串联电阻损失 在实际的生产过程中，人们发现，通常制作的组件的实际输出功率要低于所使用的太阳电池的额定总功率。既然封装对于太阳电池组件有光学增益，为什么实际制造的组件的输出功率要下降呢？根本原因在于，太阳电池组件的制造过程增加了串联电阻。文献[2]专门讨论了这个问题。 根据测量和计算，例如，一个185W的晶体硅太阳电池组件，串联电阻的各个分项值分别为： 太阳电池自身的串联电阻 = 325.4 mΩ 互联条串联电阻 = 218.2 mΩ 互联条与电池电极的接触电阻 = 3.3mΩ 汇流带串联电阻 = 38.4mΩ 接线盒内接点串联电阻 = 20 mΩ 连接电缆串联电阻 = 9.2 mΩ 连接器串联电阻 = 10 mΩ 其串联电阻的总和为：Rs = 625mΩ，由此产生的功率损失为16W，占185W组件输出功率的8.7%。其中，组件生产过程中增加的串联电阻为：R0 = 299mΩ，增加的功率损失为7.5W，占185W组件输出功率的4.1%。 通过双辐照度方法[5]测量的额定功率为185W的组件的串联电阻为0.64。这个数值与上述理论计算值大小接近，但是稍大于理论值，与通常的太阳电池组件测试设备测量的串联电阻大约1的数值相比有比较大的差别。文献[2]比较了几个不同功率组件的测量串联电阻和理论计算串联电阻之间的差别，见图2。如图所示，随着组件功率的下降，实际测量值与理论计算值之间的差别增加。这表明，太阳电池组合过程中I-V特性曲线的不匹配产生了附加的串联电阻。这个不匹配部分来源于太阳电池自身之间的差别，部分来源于测试过程中光源的不均匀性。不匹配的现象越严重，所引入的附加串联电阻越大，匹配损失越大。当太阳电池效率低下时，太阳电池I-V特性之间的差别比较大，从而带来的串联电阻损失比较大。随着太阳电池效率的增加，太阳电池组合对太阳电池组件串联电阻增加的影响要下降，因为高效率的太阳电池的I-V特性之间的差别比较小。 182W 184W 186W 188W 图2. 串联电阻随组件功率的变化 接线盒的影响 不同形式的接线盒对太阳电池组件的可靠性和输出功率都产生重要的影响。 文献[3]专门讨论了不同