溫度效應對矽基太陽電池之特性影響及其暫態熱分析萃取熱特性參數之研究

Abstract

隨著溫室效應日益加劇，太陽電池操作之環境溫度日趨升高。較高的環境溫度將導致太陽電池之轉換效率大幅下降，而較低的轉換效率則使人類難以?脫於燃煤石油能源的依賴。且燃煤石油卻為造成溫室效應之首，因此關於太陽電池溫度效應之研究刻不容緩。基於太陽電池性能深受溫度影響，尤其在高聚光型太陽能轉換應用之太陽電池，有關太陽電池暫態分析與熱性參數之萃取與探討，如熱阻、熱容與熱力時間常數等與散熱優劣相關因子為一極重要課題。 本研究旨在探討太陽電池之溫度效應與建立太陽電池熱特性參數萃取技術。主要研究內容概分為以下三部分： 第一部分為溫度效應對照光與非照光兩種情況下太陽電池交流特性參數(即阻抗分析)與電容電壓量測之影響與萃取，如：柯爾圖(cole-cole plot)、串聯電阻(RS)、動態電阻(r’d)、擴散電容(CD)、少數載子生命期(τ)及C-V曲線，比較阻抗分析與電容電壓量測系統之結果，並於其結果與物理機制上討論與說明。 第二部分為溫度效應對穩定照光情況下太陽電池直流特性參數之影響與萃取技術之建立。依據J-V曲線與P-V曲線，電性參數包括開路電壓(VOC)、短路電流(JSC)、填充因子(FF)、轉換效率(η)、串聯電阻(RS)及並聯電阻(RSh)等之萃取及其於元件效能相關物理機制，為之探討與說明之重點。 第三部分旨在進行照光情況下太陽電池之電性量測接面溫度、熱阻計算模型建立與暫態分析，前者藉由理論推導，除得出一精確之開路電壓與接面溫度之關係式外，亦透過兩不同研究團隊之實驗數據驗證此關係式之正確性；後者利用本研究所提出之太陽電池熱阻計算模型，於計算太陽電池熱阻值後，量測太陽電池甫照光至穩定照光時之開路電壓變化，利用前者之關係式將開路電壓波形轉換為溫度波形，再透過等效熱路模型擬合溫度變化並萃取熱容與熱力時間常數。 本研究完整呈現溫度效應對照光與非照光太陽電池直流與交流特性參數之影響與物理機制描述，透過理論推導一精確之開路電壓與接面溫度之關係式獲取接面溫度，再提出熱阻計算模型與簡化熱路模型萃取太陽電池之熱阻、熱容與熱力時間常數。對於日益嚴重之全球暖化環境中太陽電池應用，本論文有關溫度效應對太陽電池效能影響研究預期將可提供一重要參考。使用本研究所提之量測接面溫度之方法將改善傳統溫度量測儀器，如接觸式熱電耦與紅外線溫度感測器，其無法直接進入接面量測真實溫度之不足。於未來之太陽電池元件開發納入散熱性材料抑或是將散熱優劣作為研發元件之重要項目，實為未來對於太陽電池及高聚光太陽電池之重要研究與分析。

Date of Award	2016 Aug 3
Original language	Chinese
Supervisor	Shui-Jinn Wang (Supervisor)