关于硅和砷化镓太阳能电池组件在热性能方面的综述摘要：本综述总结了近年来在结晶和非晶硅太阳能电池组件领域获得的温度性能。
它给出了一个通用的结果分析和评论的应用程序构建集成光伏(PV)热系统,将光能转化成电能,热能等。
空气冷却和水冷却以及“混合式”光伏热太阳能收集器也被提及到。
本文还包括非晶硅太阳能模块在塑料薄膜,薄膜太阳能电池等方面的灵活应用以及对将来这方面的展望。
其主要包括对光伏模块传热机制的实验结果的分析。
关键词：太阳能电池;光伏；太阳能;能量转换;混合系统目录1.介绍﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4０8 1．１．太阳能电池早期研究的回顾﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒408１.2.半导体硅和砷化镓的温度上限﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41０2.高温太阳能电池和组件的影响：理论背景﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１1 2．1.热对硅太阳能电池的输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１１２.2.硅太阳能电池的温度系数﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒411 ２.2.1.短路电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１12.２.2.暗电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41２2．2.3.开路电压﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4122.2.４．输出功率﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒４１２2.3．照明光源对输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１33．光伏热电混合太阳能系统﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ 4１3 ３．1．空气冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１43．2.水冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41４３.２.1.冷却组件中的输出温度﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１４3.2．2.基于单晶硅太阳能电池利用高分子吸收板制成的光伏热吸收器﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１43.2.3．光伏组件的传热机制﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4174.光伏建筑一体化系统﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒417 4.１.光伏建筑一体化通风结构﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒419４.２. 塑料薄膜非晶硅太阳能电池组件集成到建筑板材﹒﹒﹒4２04.2.1．无定形硅薄膜太阳能电池（a-Ｓi:Ｈ）﹒﹒﹒﹒﹒﹒421５. 结论﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒４22参考文献﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒423 １.介绍近年来,环境问题已经成为世界范围内日益严重的问题。
应对这些问题,聚光太阳能电池已经成为一个洁净的能量来源。
在计划未来扩大光伏(PV)发电的过程中,最重要的是要仔细选择半导体材料。
这个非常重要的材料选择不仅是最大的可实现的效率,但同时也要兼顾经济和生态方面的考虑。
晶体硅和砷化镓太阳能电池被看做是最有前途的光伏技术这是由于其低制造和材料成本排在第一位和其排在第二的优良的性能表现。
砷化镓太阳能电池是高转化效率的设备但由于其过多地在地面的大面积应用使得成本变得非常昂贵。
砷化镓太阳能电池的转化效率已超过３0％,但砷元素却潜在着剧毒性。
随着外界对砷化镓太阳能电池的关注日益增加，使得最近在使用砷化镓太阳能电池时加上了集中器系统的地面应用[2］。
但在砷化镓太阳能电池的最佳区域浓度水平下1０00个太阳的测距仅从0.5平方毫米变化到1平方毫米[３9]。
硅是最常见的半导体材料并且这项技术对于硅的处理是非常完善的。
世界上超过8０%的太阳能电池和模块的生产目前都基于切片的单晶和多晶硅电池,所以评估主要集中在硅。
只有１3．２3%的非晶硅(一个sｉ)，0.39%的镉碲化物(CdTe)和０.18%的铜铟联硒化物(CIS）被用在2001年的世界电池／组件生产。
[40］本文综述了温度对晶体硅和非晶硅太阳能电池以及模块性能的影响并利用新技术来提高传热。
为了考虑太阳能电池的温度稳定性和模块在高温状态下的表现,对基本半导体材料（硅和砷化镓)所能承受的温度上限进行了分析。
理论背景和实验数据,其中包括:开路电压、填充因子(FＦ)和输出功率[3５]作为主要热影响光电管的参数而被提及。
正如被报道的最先进的研究趋势通过使用一个“混合式”光伏热(ＰＶ / T）太阳能收集器结合建筑同时产生电和热水。
这种类型的ＰＶ / T收集器同时生成热能、电能。
它是光伏建筑一体化设备,是在这个世纪被认为在电的生产方面带来实质性贡献。
对于这个应用，薄膜非晶硅技术被列为低成本的选择。
低温系数的非晶太阳能电池能够在不通风的情况下集成到建筑物的外墙和屋顶还能够获得高能源的收益产出。
太阳能模块在塑料薄膜作为玻璃少光伏太阳能系统下探讨了未来在这个方面的评论。
1.1太阳能电池早期研究的回顾当前太阳能电池是基于基本的物理现象,首先发现光伏效应这一现象可以追溯到1９世纪。
在１８39年,埃德蒙Beｑueｒel观察到当金属板（白金或银)沉浸在一个相配的溶液中 (电解质)并将其暴露在光下，会产生微弱的电压和电流——就是光伏效应。
后来在18７8年,亚当斯和Ｄａy［1],在接着[55]史密斯的工作即研究硒的光电导性,发表了第一篇报告直接将光伏效应归因于固体。
在１954年,查宾,福勒和皮尔森在贝尔电话实验室开发了一种硅太阳能电池[9],当把它放置在光下可以产生大量的电流和电压。
这种太阳能电池的效率大约是当时辐照度条件下的6%。
自1９50年代中期以来，光伏发展迅速。
在1958年,生产了第一个真正的有影响力的太阳能电池板,我所提供的卫星先锋硅太阳能电池面板实现了对空间的应用。
这个电源是在兆瓦级工作状态下持续为这个卫星提供了六年的能量。
技术和产业广阔的发展从mW级电力来源生产线每年超过10兆瓦容量对于陆地需求(19９7年)[44]和预测将产生15 - 20 ＭW/年(20０0 - 2０15年期间) ［31]。
在过去的２0年里一直都在强调了研究新的半导体材料,开发新型设备和设计新的和更加有效的结构。
一个光伏设备的效率被定义为从入射光子(阳光)中所能够获得的有效能量的计算关系[1４]。
实验中常见的方法是获得通过光伏作用生成的电流-电压IðUÞ的特点并确定最大功率点［62]。
在实验过程中主要的影响因素有:一个设备（单元或模块）,一个环境条件(温度）,一个光源(标准光谱),一个实验程序。
这个单元或模块在实验中是一个给定的参数。
这里重点强调的是,这个单元或者模块是只被当做串联光伏装置使用。
关于考虑其他的连接方式的如并联,混合连接等以及其所导致的实验结果都可以在文献【３2】中可以找到,也不必对材料的热性能进行分析。
例如像温度这样的环境条件是也应该明确的包含在保准条件之内，这个P-N结温度就应该在当光伏器件测试时明确规定。
［5]在大多数的情况下，它能够测精确测量的情况下,当只有一个表面被加热时，应在模块两侧同时测量温度,因为两个表面的温差在1０℃左右。
由于电池效率对于温度特别的敏感,所以控制温度是十分有必要的。
光伏电池在光不断的照射下,温度不断上升如图1所示。
标准光谱性能测量：空间：空气质量为零或ＡM ０(相当于在太空中１36７ W/M2的辐照度）地面:AM１.５(大于48．19８度的太阳角该设备正常工作)全球(1000 W/Ｍ2，直接照射和漫反射之和［6]）（图2）图1.不同的光照时间下光伏电池的温度特性(1０3Ｘ1０3mｍ2):Ｔｕ-光伏电池上表面温度，Td-光伏电池下表面温度，(a)是在618W/m2的光照强度下,(b）是在756W/ｍ2的光照强度下［4６]．为了进行比较，请参照图2(来源于[32]).1．２半导体硅和砷化镓的温度上限半导体，正如其名字所暗示的那样,其电阻率是介于导体和绝缘体之间的一种材料。
这些介于中间的属性是由其特殊的晶格连接和电子结构的特殊化所造成的，事实上它与金属导体是不同的，半导体同时具有有正极（空穴)和负极（电子）来导电，其密度可以通过控制纯晶体在生长过程中所掺杂的化学杂质来控制。
为简单起见,本文的讨论将限于硅(Si),砷化镓（ＧaAs),重要的半导体材料,以及现如今最重要的太阳能电池，因为这些例子能够有效地说明主要的概念。
ＧａAs具有闪锌矿的晶体的晶格结构,闪锌矿的结构和金刚石的结构十分的接近。
硅有四个电子分布在最外层的电子轨道中,在金刚石的结晶体中,每个原子都位于正四面体的中心,与处在正四面的体每个角的其他四个临近的原子构成共价键。
由于,所有的电子都参与了边界的形成所以材料应该是绝缘的。
然而有少数比较异常的电子打破原有的束缚而成为自由移动的电子所需要的能量：1.1 电子伏特Ｓi和1.4电子伏特的GaAｓ在室温下。
因此,即使在室温下也会有大量原子从他们的父原子中挣脱束缚逃离,而所逃离的原子数的增加速度与温度之间的关系如式（1．2)。
在纯半导体中,存在的空穴和电子对数目总是相等，而所得到的导电特性被称作固有的导电性，用来与掺杂了杂质的电导率进行区别。
现在,当我们把纯半导体的中的电子和空穴加热至其温度的上极限时，我们就更加接近半导体低温性能的最基本的原理了。
在一个本征半导体，如硅,在导带中的电子数目是始终等于在价带中的空穴的数目，因为电子和空穴是成对产生的，由光子或通过热激发（见图3）[3]：在本征半导体的费米能级在带间隙中心E F =１/2E g ，在低温下和稍微上升的温度下,因为M h ＞ｍe （见表1)h F g em 13E ()E +ln 24m T kT （1．１) me 和mh 分别为电子和空穴的有效质量。
ﻩ从根本上来讲,固有电荷产生温度依赖性的这一现象的最根本的原因是在热量的激发下，价带的电子能量被激发到能越过导带与价带之间的能量障碍的一个高能量状态之下，而越到导带的电子数目和留在价带的空穴数目相等。
确定本征载流子浓度最简单方法是导带中电子数目（n ）和价带中数目相等的空穴数(p)相乘即可。
图２ ：A Ｍ0和标准为ＡMI ．５ 两种情况下全球普照量和直接照射量的地面太阳光谱的比较［32]。
图3：由于受到热或者吸收光子而激发形成电子－空穴的示意图。
2exp g i C V E n p n N N kT ⎛⎫⋅==- ⎪⎝⎭(1.2)其中NC 和NV 分别是导带和价带的有效质量,ni 是本征载流子的浓度，k 是波兹曼常数，或者根据阿什克罗夫特[4]：()34343219300() 2.5exp 10cm 3002g de dh i E T m m T n T m m K kT --⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦(1．3)其中m de 和m d ｈ分别是稳态下电子和空穴的有效质量,ｍ０是自由电子的质量,Ｅg （T ）是禁带宽,其线性近似于：()()()300300g g g dE E T E K T K dT =+-(１.4)通过计算式（1.３）可以计算出在室温下n ｉ温度特性的典型值如表１所示。