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光照强度和温度对几种光伏材料性能影响的实验研究 原作者: 刘靖涛，李建兵等 摘要：如今，光伏技术受到了越来越广泛的关注，发展光伏技术将成为二十一世纪解决传统能源短缺、枯竭的重要途径。本文通过实验研究光照强度和温度对单晶硅、多晶硅和CIs(CuInSe)三种光伏电池材料的影响。 关键词：单晶硅；多晶硅；CIS；温度；光照强度 1前言 能源对人类社会生存和发展起着举足轻重的作用。随着社会的发展，人类对能源的需求日益增长，化石能源也臼趋枯竭。缓解常规能源紧缺、改善生态环境，以光伏发电为首的新能源技术的开发利用追在眉睫。二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列的Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太能利用进入现代发展时期奠定了技术基础[1]。 太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池和有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位[2]。 从固体物理学上讲，硅材料并不是最理想的光伏材料，这主要是因为硅是间接能带半导体材料，其光吸收系数较低，所以研究其他光伏材料成为一种趋势。其中，碲化镉(CdTe)和铜铟硒CIS(CuInSe)被认为是两种非常有前途的光伏材料，而且目前已经取得一定的进展，但是距离大规模生产，并与晶体硅太阳电池抗衡需要大量的工作去做。 光照强度和温度影太阳电池的转换率。本文的实验在光照强度和温度变化两种情况下采用了典型的测量方法以记录了晶体硅和CIS(CuInSe。)的I-V曲线。通过比较数据，分析其性能表现。 2实验方法 (1)把实验样本固定于置放在山上的实验台上。用导线把半导体原件和连接到负载，并加入电流表，电压表钡《量数据。通过改变山体和光源问的距离使光照强度和温度发生变化，并用风扇来辅助控制温度。 (2)首先选取40℃作为参考温度，在光照强度从250w／m2到750w／m2的变化过程中观察样本的特性变化。然后保持光照强度在250w／m2条件下，记录温度变化的数据。 　　(3)选取下一个样本重复步骤2。 3实验结果及总结 　　如图1所示，对于多晶硅而言在相同的温度下，更高的光照强度产生的电流强大越大。但不难看出，不同这时不同的光照强度对电压的变化影响很小。从图2可以看出，相同日照强度下，温度变化对I-V曲线的影响非常有限。 　　如图3、图4所示，cIs在40℃时，光照强度对电流的影响比对电压的影响要显著一些。当温度超过40℃时，曲线近似重合。 如图5所示，当光照强度为500w／m2时，气温从30℃到50℃曲线变化并不显著。如图6所示，单晶硅在30℃温度下，光照强度为750w／时的电流几乎是250w／m下的3倍。 太阳能电池在日照下能把太阳能转化为电能，但是具体能转化多少电能不仅取决于其自身的材料并且受跟于客观条件。从以上数据不难看出温度和半导体的导电率：臼照强度和产生的光伏电能之间的紧密关系。 实验的误差主要来源于：　　 3.1精度误差 　　实验中难以把温度控制在一个稳定的精度范围内。在实验和实验时所要求的有±3℃的误差。实验时温度调节的范围有限，所以这个误差就很明显，在今后的实验中有待改善。 3.2实验时间长度不足 改变风扇速度和距离之后测数据时间掌握不够熟练，这意味着记录的数据只是个近似值。 结语 从以上实验可以得出以F结论： (1)单晶硅和多晶硅的性能相似，这是因为它们都是硅质材料，二者间的不同表现源于它们不同的晶体结构。 (2)对于同一材质的半导体而言，日照强度比温度对IV曲线的影响要显著。这一结论表明当天气由晴变为多云时I-V曲线将产生显著的变化，尽管这时温度只发生了细微的变化。 在跨入2l世纪之际，人类将碰临实现经济和社会町持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题。太阳能以其独具的优势，终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。 参考文献 [1]王志娟．太阳能光伏技术[M]．浙江科技出版社．2009．8． [2]车孝轩．太阳能光伏系统概论[M]武汉大学出版社．2006．28．