一种提高光伏电池组件光电转换效率的方法
【专利摘要】公开了一种提高光伏电池组件光电转换效率的方法，通过在光伏板的两端施加非稳态偏置电压，能够减少少子与原子相互作用产生的热耗，使光伏材料所激发的少子加速移动到触点产生光生电流，并贡献到太阳能光伏组件的输出光生电流中，提高光伏组件的输出光生电流和光电转换效率。
【专利说明】
一种提高光伏电池组件光电转换效率的方法
技术领域
[0001]本发明涉及太阳能领域，特别涉及一种提高光伏电池组件光电转换效率的方法。
【背景技术】
[0002]以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。
[0003]目前光伏电池组件效率提升主要是通过新材料体系、材料体系优化、及器件优化等几个方法来实现，比如对传统光伏材料进行掺杂、开发新的异质结或量子阱光伏材料体系、提高光伏电池组件效率等手段，而通过电子、电路方法对光伏材料进行提效的研究与应用则较少。
[0004]图1给出了典型光伏电池的U-1曲线示意图，描述了典型光伏材料在稳态时的U-1关系，该典型U-1曲线是目前光伏电池组件选取参数的主要依据。由于光伏材料(以p-n结为例)在外加电场的作用下会形成相应的感应内电场，所以随着电压的提高，电流呈现平稳然后迅速下降的趋势，光伏电池组件的光电转换效率也随之下降。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种提高光伏电池组件光电转换效率的方法，能够使光伏材料所激发的少子加速移动到触点，提高光伏材料的光电转换效率。
[0006]根据本发明的提高光伏电池组件光电转换效率的方法，包括:
[0007]S1、根据光伏材料的种类确定光伏材料激发后的少子寿命；
[0008]S2、基于少子寿命确定非稳态偏置电压的周期；
[0009]S3、依据所述周期在光伏板的两端施加非稳态偏置电压。
[0010]优选地，所述周期不大于少子寿命。
[0011 ]优选地，光伏材料的频率不低于33.3MHz。
[0012]优选地，所述非稳态偏置电压的电压为-0.5V?+3.0V。
[0013]优选地，步骤S3之前进一步包括:
[0014]根据少子的运动速度以及所述周期确定光伏板的厚度。
[0015]优选地，光伏板的厚度不大于300μπι。
[0016]优选地，所述非稳态偏置电压的波形为正弦波。
[0017]优选地，所述非稳态偏置电压的波形为至少两个正弦波叠加而成为波形。
[0018]优选地，所述至少两个正弦波的频率相同，和/或所述至少两个正弦波的振幅相同。
[0019]优选地，光伏板的材料为如下材料中的任一中或其组合:单晶S1、多晶S 1、CIC S、GaAs、GaN、GeTd、异质结、量子讲、量子线。
[0020]根据本发明的提高光伏电池组件光电转换效率的方法，通过在光伏板的两端施加非稳态偏置电压，能够减少少子与原子相互作用产生的热耗，使光伏材料被激发的少子在其寿命内加速移动到触点，并贡献到太阳能光伏组件的输出光生电流中，提高光伏组件的输出光生电流和光电转换效率。
【附图说明】
[0021]通过以下参照附图而提供的【具体实施方式】部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中:
[0022]图1是典型光伏电池的U-1曲线示意图；
[0023]图2根据本发明的提高光伏电池组件光电转换效率的方法的流程图；
[0024]图3是本发明一个优选实施例中的非稳态偏置电压的示意图；
[0025]图4是本发明再一个优选实施例中的非稳态偏置电压的示意图；
[0026]图5是本发明又一个优选实施例中的非稳态偏置电压的示意图；
[0027]图6是本发明还一个优选实施例中的非稳态偏置电压的示意图；
[0028]图7是本发明另一个优选实施例中的非稳态偏置电压的示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
[0030]如果光线照射在光伏组件上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区运动、空穴向带负电的P区运动，将在P区和N区之间产生电流。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在光伏组件中形成的电流也越大。
[0031]少子寿命指少子的平均生存时间，寿命标志少子浓度减少到原值的Ι/e所经历的时间。若少子在寿命内无法运动到触点，将与晶格产生光子声子交互作用，限制了光伏组件的光电转换效率。
[0032]本发明通过在光伏板两端施加非稳态偏置电压，加速少子运动到触点，减少了少子与声子的交互作用，降低了热耗，提高了光伏材料的光电转换效率。如图2所示，根据本发明的提高光伏组件光电转换效率的方法，包括:
[0033]S1、根据光伏材料的种类确定光伏材料激发后的少子寿命；
[0034]S2、基于少子寿命确定非稳态偏置电压的周期；
[0035]S3、依据所述周期在光伏板的两端施加非稳态偏置电压。
[0036]当对光伏材料施加一个非稳态的电压或电场时，感应内电场也会随之改变，这种非稳态的外加电压与非稳态的感应内电场对光伏材料激发后的少子会造成复杂的影响，少子的移动速度、质量、加速度甚至运动方向都会呈现非稳态，从而对光伏材料的光电转换效率造成复杂的影响。本发明在光伏板的两端施加非稳态偏置电压，通过非稳态外电场与内电场的相互作用使光伏材料所激发的少子加速运动到触点，减少了少子与声子的交互作用，降低了热耗，提高了光伏材料的光电转换效率。
[0037]为了保证光伏材料激发后的少子均能在其寿命内能够运动到触点，在选择非稳态偏置电压时，可以使非稳态偏置电压的周期不大于少子寿命。
[0038]少子的寿命根据光伏材料体系而异，一般少子寿命在几个ns到几十个ns之间。以多晶Si光伏材料为例，多晶Si激发产生的少子的寿命为30ns左右，因此施加非稳态偏置电压的周期应小于30ns，S卩非稳态偏置电压的频率应不低于33.3MHz。在现有的光伏材料中，多晶Si激发产生的少子的寿命较长，根据多晶Si确定的非稳态偏置电压的频率基本上能够满足现有技术中所有的光伏材料，因此，可以将非稳态偏置电压的频率设置为不低于33.3MHz ο
[0039]图1是典型光伏电池的U-1曲线示意图，由于光伏材料(以p-n结为例)在外加电场的作用下会形成相应的感应内电场，所以随着电压的提高，电流呈现平稳然后迅速下降的趋势，光伏电池组件的光电转换效率也随之下降。为了尽量使光伏组件输出的电流最大化并保持稳定，本发明在光伏板的两端施加非稳态偏置电压，通过施加的非稳态偏置电压与内电场的相互作用使光伏组件的输出光生电流保持稳定。优选地，非稳态偏置电压的电压为-0.5V?+3.0V0
[0040]光伏板的厚度决定了少子运动的路程，为了保证少子在寿命内能够从消耗区运动到触点，根据本发明的优选实施例，步骤S3之前进一步包括:根据少子的运动速度以及非稳态偏置电压的周期确定光伏板的厚度。比如，可以通过如下方式确定光伏板的厚度:光伏板的厚度h =少子在该电压下的运动速度V X少子在非稳态偏置电压下加速运动的时间Τχ。以多晶Si为例，若施加的非稳态偏置电压为IV，由于少子在IV电压下的运动速度lOmm/ns左右，Tx约为15ns，则光伏板的厚度不应大于150mm。
[0041 ]少子在非稳态偏置电压下加速运动的时间Tx与非稳态偏置电压的波形有关。由于少子在寿命内运动到触点，因此少子在非稳态偏置电压下加速运动的时间Tx不大于少子的寿命。非稳态偏置电压越大，少子的运动速度越快，由于非稳态偏置电压为1.0V时光伏组件产生的电压已接近光伏组件的在稳定状态时的最大电压Vmax，如图1所示，因此可以根据少子在非稳态偏置电压为1.0V时的运动速度确定光伏板的厚度。在现有的光伏材料中，多晶Si激发产生的少子的寿命较长，为30ns左右，因此，多晶Si光伏板的厚度最大。优选地，本发明中光伏板的厚度不大于300μηι。
[0042]根据本发明的优选实施例，非稳态偏置电压的波形为正弦波，比如，可以采用如图3所示的对称型正弦波。当然，非稳态偏置电压的波形也可以为至少两个正弦波叠加而成为波形，该至少两个正弦波的频率可以相同或不同，该至少两个正弦波的振幅也可以相同活不同。
[0043]为了提高非稳态偏置电压周期内的平均电压，以使光伏组件产生的电压接近图1中光伏组件在稳定状态时的最大电压Pmax，进而提高光伏组件的光电转换效率，可以采用波峰段周期长的非稳态偏置电压，如图4所示;或者采用波峰段周期大的非稳态偏置电压，如图5所示。
[0044]若考虑到更大程度地满足非稳态光伏电路对某一类光伏板的特定要求，可以向光伏板两端施加波谷段周期长的非稳态偏置电压，如图6所示;或者采用波谷段振幅大的非稳态偏置电压，如图7所示，以提高少子在非稳态偏置电压下加速运动的时间Τχ，从而降低对少子寿命较短的光伏板的厚度要求。
[0045]本发明通过在光伏板两端施加一个高频的非稳态偏置电压，提高光伏材料激发过程中产生的少子在其寿命内到达触点的数量，从而实现光伏提效。本发明的提高光伏组件光电转换效率的方法可以适用于各种光伏材料，光伏板的材料为如下材料中的任一中或其组合:单晶S 1、多晶S 1、Cl CS、GaAs、GaN、GeTd、异质结、量子阱、量子线。
[0046]虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的【具体实施方式】，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。
【主权项】
1.一种提高光伏电池组件光电转换效率的方法，其特征在于包括: 51、根据光伏材料的种类确定光伏材料激发后的少子寿命； 52、基于少子寿命确定非稳态偏置电压的周期； 53、依据所述周期在光伏板的两端施加非稳态偏置电压。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期不大于少子寿命。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，光伏材料的频率不低于33.3MHz。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述非稳态偏置电压的电压为-0.5V?+3.0V05.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S3之前进一步包括: 根据少子的运动速度以及所述周期确定光伏板的厚度。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，光伏板的厚度不大于300μηι。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述非稳态偏置电压的波形为正弦波。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述非稳态偏置电压的波形为至少两个正弦波叠加而成为波形。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少两个正弦波的频率相同，和/或所述至少两个正弦波的振幅相同。10.如权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，光伏板的材料为如下材料中的任一中或其组合:单晶S 1、多晶S 1、Cl CS、GaAs、GaN、GeTd、异质结、量子阱、量子线。
【文档编号】H01L31/18GK105826426SQ201610161637
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】赵骁, 张海南
【申请人】赵骁