一種提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法，通過(guò)在光伏板的兩端施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，能夠減少少子與原子相互作用產(chǎn)生的熱耗，使光伏材料所激發(fā)的少子加速移動(dòng)到觸點(diǎn)產(chǎn)生光生電流，并貢獻(xiàn)到太陽(yáng)能光伏組件的輸出光生電流中，提高光伏組件的輸出光生電流和光電轉(zhuǎn)換效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能領(lǐng)域，特別涉及一種提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以下對(duì)本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)背景進(jìn)行說(shuō)明，但這些說(shuō)明并不一定構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]目前光伏電池組件效率提升主要是通過(guò)新材料體系、材料體系優(yōu)化、及器件優(yōu)化等幾個(gè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如對(duì)傳統(tǒng)光伏材料進(jìn)行摻雜、開(kāi)發(fā)新的異質(zhì)結(jié)或量子阱光伏材料體系、提高光伏電池組件效率等手段，而通過(guò)電子、電路方法對(duì)光伏材料進(jìn)行提效的研究與應(yīng)用則較少。
[0004]圖1給出了典型光伏電池的U-1曲線示意圖，描述了典型光伏材料在穩(wěn)態(tài)時(shí)的U-1關(guān)系，該典型U-1曲線是目前光伏電池組件選取參數(shù)的主要依據(jù)。由于光伏材料(以p-n結(jié)為例)在外加電場(chǎng)的作用下會(huì)形成相應(yīng)的感應(yīng)內(nèi)電場(chǎng)，所以隨著電壓的提高，電流呈現(xiàn)平穩(wěn)然后迅速下降的趨勢(shì)，光伏電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率也隨之下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法，能夠使光伏材料所激發(fā)的少子加速移動(dòng)到觸點(diǎn)，提高光伏材料的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法，包括:
[0007]S1、根據(jù)光伏材料的種類(lèi)確定光伏材料激發(fā)后的少子壽命；
[0008]S2、基于少子壽命確定非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的周期；
[0009]S3、依據(jù)所述周期在光伏板的兩端施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓。
[0010]優(yōu)選地，所述周期不大于少子壽命。
[0011 ]優(yōu)選地，光伏材料的頻率不低于33.3MHz。
[0012]優(yōu)選地，所述非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的電壓為-0.5V?+3.0V。
[0013]優(yōu)選地，步驟S3之前進(jìn)一步包括:
[0014]根據(jù)少子的運(yùn)動(dòng)速度以及所述周期確定光伏板的厚度。
[0015]優(yōu)選地，光伏板的厚度不大于300μπι。
[0016]優(yōu)選地，所述非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的波形為正弦波。
[0017]優(yōu)選地，所述非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的波形為至少兩個(gè)正弦波疊加而成為波形。
[0018]優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)正弦波的頻率相同，和/或所述至少兩個(gè)正弦波的振幅相同。
[0019]優(yōu)選地，光伏板的材料為如下材料中的任一中或其組合:單晶S1、多晶S 1、CIC S、GaAs、GaN、GeTd、異質(zhì)結(jié)、量子講、量子線。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法，通過(guò)在光伏板的兩端施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，能夠減少少子與原子相互作用產(chǎn)生的熱耗，使光伏材料被激發(fā)的少子在其壽命內(nèi)加速移動(dòng)到觸點(diǎn)，并貢獻(xiàn)到太陽(yáng)能光伏組件的輸出光生電流中，提高光伏組件的輸出光生電流和光電轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說(shuō)明】
[0021]通過(guò)以下參照附圖而提供的【具體實(shí)施方式】部分，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易理解，在附圖中:
[0022]圖1是典型光伏電池的U-1曲線示意圖；
[0023]圖2根據(jù)本發(fā)明的提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法的流程圖；
[0024]圖3是本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明還一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的示意圖；
[0028]圖7是本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。對(duì)示例性實(shí)施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或用法的限制。
[0030]如果光線照射在光伏組件上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過(guò)空間電荷的電場(chǎng)作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)運(yùn)動(dòng)、空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動(dòng)，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電流。通過(guò)光照在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在光伏組件中形成的電流也越大。
[0031]少子壽命指少子的平均生存時(shí)間，壽命標(biāo)志少子濃度減少到原值的Ι/e所經(jīng)歷的時(shí)間。若少子在壽命內(nèi)無(wú)法運(yùn)動(dòng)到觸點(diǎn)，將與晶格產(chǎn)生光子聲子交互作用，限制了光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0032]本發(fā)明通過(guò)在光伏板兩端施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，加速少子運(yùn)動(dòng)到觸點(diǎn)，減少了少子與聲子的交互作用，降低了熱耗，提高了光伏材料的光電轉(zhuǎn)換效率。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的提高光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法，包括:
[0033]S1、根據(jù)光伏材料的種類(lèi)確定光伏材料激發(fā)后的少子壽命；
[0034]S2、基于少子壽命確定非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的周期；
[0035]S3、依據(jù)所述周期在光伏板的兩端施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓。
[0036]當(dāng)對(duì)光伏材料施加一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的電壓或電場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)內(nèi)電場(chǎng)也會(huì)隨之改變，這種非穩(wěn)態(tài)的外加電壓與非穩(wěn)態(tài)的感應(yīng)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)光伏材料激發(fā)后的少子會(huì)造成復(fù)雜的影響，少子的移動(dòng)速度、質(zhì)量、加速度甚至運(yùn)動(dòng)方向都會(huì)呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)，從而對(duì)光伏材料的光電轉(zhuǎn)換效率造成復(fù)雜的影響。本發(fā)明在光伏板的兩端施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，通過(guò)非穩(wěn)態(tài)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的相互作用使光伏材料所激發(fā)的少子加速運(yùn)動(dòng)到觸點(diǎn)，減少了少子與聲子的交互作用，降低了熱耗，提高了光伏材料的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0037]為了保證光伏材料激發(fā)后的少子均能在其壽命內(nèi)能夠運(yùn)動(dòng)到觸點(diǎn)，在選擇非穩(wěn)態(tài)偏置電壓時(shí)，可以使非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的周期不大于少子壽命。
[0038]少子的壽命根據(jù)光伏材料體系而異，一般少子壽命在幾個(gè)ns到幾十個(gè)ns之間。以多晶Si光伏材料為例，多晶Si激發(fā)產(chǎn)生的少子的壽命為30ns左右，因此施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的周期應(yīng)小于30ns，S卩非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的頻率應(yīng)不低于33.3MHz。在現(xiàn)有的光伏材料中，多晶Si激發(fā)產(chǎn)生的少子的壽命較長(zhǎng)，根據(jù)多晶Si確定的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的頻率基本上能夠滿(mǎn)足現(xiàn)有技術(shù)中所有的光伏材料，因此，可以將非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的頻率設(shè)置為不低于33.3MHz ο
[0039]圖1是典型光伏電池的U-1曲線示意圖，由于光伏材料(以p-n結(jié)為例)在外加電場(chǎng)的作用下會(huì)形成相應(yīng)的感應(yīng)內(nèi)電場(chǎng)，所以隨著電壓的提高，電流呈現(xiàn)平穩(wěn)然后迅速下降的趨勢(shì)，光伏電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率也隨之下降。為了盡量使光伏組件輸出的電流最大化并保持穩(wěn)定，本發(fā)明在光伏板的兩端施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，通過(guò)施加的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓與內(nèi)電場(chǎng)的相互作用使光伏組件的輸出光生電流保持穩(wěn)定。優(yōu)選地，非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的電壓為-0.5V?+3.0V0
[0040]光伏板的厚度決定了少子運(yùn)動(dòng)的路程，為了保證少子在壽命內(nèi)能夠從消耗區(qū)運(yùn)動(dòng)到觸點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，步驟S3之前進(jìn)一步包括:根據(jù)少子的運(yùn)動(dòng)速度以及非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的周期確定光伏板的厚度。比如，可以通過(guò)如下方式確定光伏板的厚度:光伏板的厚度h =少子在該電壓下的運(yùn)動(dòng)速度V X少子在非穩(wěn)態(tài)偏置電壓下加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間Τχ。以多晶Si為例，若施加的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓為IV，由于少子在IV電壓下的運(yùn)動(dòng)速度lOmm/ns左右，Tx約為15ns，則光伏板的厚度不應(yīng)大于150mm。
[0041 ]少子在非穩(wěn)態(tài)偏置電壓下加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間Tx與非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的波形有關(guān)。由于少子在壽命內(nèi)運(yùn)動(dòng)到觸點(diǎn)，因此少子在非穩(wěn)態(tài)偏置電壓下加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間Tx不大于少子的壽命。非穩(wěn)態(tài)偏置電壓越大，少子的運(yùn)動(dòng)速度越快，由于非穩(wěn)態(tài)偏置電壓為1.0V時(shí)光伏組件產(chǎn)生的電壓已接近光伏組件的在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的最大電壓Vmax，如圖1所示，因此可以根據(jù)少子在非穩(wěn)態(tài)偏置電壓為1.0V時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度確定光伏板的厚度。在現(xiàn)有的光伏材料中，多晶Si激發(fā)產(chǎn)生的少子的壽命較長(zhǎng)，為30ns左右，因此，多晶Si光伏板的厚度最大。優(yōu)選地，本發(fā)明中光伏板的厚度不大于300μηι。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的波形為正弦波，比如，可以采用如圖3所示的對(duì)稱(chēng)型正弦波。當(dāng)然，非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的波形也可以為至少兩個(gè)正弦波疊加而成為波形，該至少兩個(gè)正弦波的頻率可以相同或不同，該至少兩個(gè)正弦波的振幅也可以相同活不同。
[0043]為了提高非穩(wěn)態(tài)偏置電壓周期內(nèi)的平均電壓，以使光伏組件產(chǎn)生的電壓接近圖1中光伏組件在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的最大電壓Pmax，進(jìn)而提高光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率，可以采用波峰段周期長(zhǎng)的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，如圖4所示;或者采用波峰段周期大的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，如圖5所示。
[0044]若考慮到更大程度地滿(mǎn)足非穩(wěn)態(tài)光伏電路對(duì)某一類(lèi)光伏板的特定要求，可以向光伏板兩端施加波谷段周期長(zhǎng)的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，如圖6所示;或者采用波谷段振幅大的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，如圖7所示，以提高少子在非穩(wěn)態(tài)偏置電壓下加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間Τχ，從而降低對(duì)少子壽命較短的光伏板的厚度要求。
[0045]本發(fā)明通過(guò)在光伏板兩端施加一個(gè)高頻的非穩(wěn)態(tài)偏置電壓，提高光伏材料激發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的少子在其壽命內(nèi)到達(dá)觸點(diǎn)的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)光伏提效。本發(fā)明的提高光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法可以適用于各種光伏材料，光伏板的材料為如下材料中的任一中或其組合:單晶S 1、多晶S 1、Cl CS、GaAs、GaN、GeTd、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線。
[0046]雖然參照示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于文中詳細(xì)描述和示出的【具體實(shí)施方式】，在不偏離權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)所述示例性實(shí)施方式做出各種改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高光伏電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于包括: 51、根據(jù)光伏材料的種類(lèi)確定光伏材料激發(fā)后的少子壽命； 52、基于少子壽命確定非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的周期； 53、依據(jù)所述周期在光伏板的兩端施加非穩(wěn)態(tài)偏置電壓。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期不大于少子壽命。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，光伏材料的頻率不低于33.3MHz。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的電壓為-0.5V?+3.0V05.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S3之前進(jìn)一步包括: 根據(jù)少子的運(yùn)動(dòng)速度以及所述周期確定光伏板的厚度。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，光伏板的厚度不大于300μηι。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的波形為正弦波。8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述非穩(wěn)態(tài)偏置電壓的波形為至少兩個(gè)正弦波疊加而成為波形。9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少兩個(gè)正弦波的頻率相同，和/或所述至少兩個(gè)正弦波的振幅相同。10.如權(quán)利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，光伏板的材料為如下材料中的任一中或其組合:單晶S 1、多晶S 1、Cl CS、GaAs、GaN、GeTd、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK105826426SQ201610161637
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】趙驍, 張海南
【申請(qǐng)人】趙驍