一种便于实现的标准太阳电池的结构设计

2018-10-31 12:32:38无锡市产品质量监督检查院王亿朱冰洁王顺权宋昊刘莺陈鹏曾鹏

太阳能 2018年10期

无锡市产品质量监督检查院 ■ 王亿朱冰洁王顺权宋昊刘莺陈鹏曾鹏

0 引言

标准太阳电池是光伏行业中非常重要的标准器件，它通常作为标准物质使用，对太阳电池或光伏组件测量起到量值溯源的作用。标准太阳电池性能的稳定性、数据的准确性对太阳电池和光伏组件的测量有着十分重要的影响。目前，主流的标准太阳电池厂商为欧美、日本和国内少数研究机构，生产的标准太阳电池性能参差不齐。本文介绍了一种标准太阳电池的结构设计，重点介绍了整个制造过程，并对完成的样品性能进行了分析，取得了满意的效果。

1 结构主体

本文介绍的标准太阳电池设计结构如图1所示，主体部分由晶体硅电池片、石英玻璃、铝合金外壳、可伐合金基板、铂电阻pt100、lemo连接器构成[1]。

图1 标准太阳电池结构图

1.1 晶体硅电池片

晶体硅电池片是标准太阳电池的核心部件，起标定光源光谱辐照度分布的作用。晶体硅电池片选用高效率的单晶硅电池片，首先对电池片进行稳定性处理，然后切割成20 mm×20 mm的尺寸，切割时保留电池一边的主栅线，并将电池边缘作绝缘处理，在主栅线及电池片的背面分别引出电池的正、负极。完成后的晶体硅电池片如图2所示。

图2 晶体硅电池片

1.2 石英玻璃

石英玻璃作为标准太阳电池的窗口层，其性能指标决定了到达晶体硅电池表面的光强和光谱分布。本设计选用紫外高透石英方形玻璃片，边长为49.7 mm，厚度为3.2 mm，倒角为45°。玻璃表面经过细磨精抛光，在300～1200 nm波段下透过率超过91%，其透过率曲线如图3所示。

图3 石英玻璃透过率曲线

1.3 铝合金外壳

标准太阳电池主体部分采用6061铝合金，具有加工性能佳、抗腐蚀性好、韧性高、加工后不变形、材料致密无缺陷等优良特点。铝件本体加工完成后，表面进行抛丸及硬质氧化处理，氧化后表面反射率曲线如图4所示。

图4 铝合金表面反射率曲线

由图4可知，该外壳在波长为700 nm以下时，反射率控制在5%以内；在波长为700 nm以上时，有着较高的反射率。

1.4 可伐合金基板

基板采用4j29可伐合金。可伐合金作为电池片的衬底使用，最终与电池片、玻璃和EVA一起进行层压。该合金在20～450 ℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数，与相应的硬玻璃能进行有效封接匹配。由于可伐合金在窗体内部石英玻璃板下层，其反射率曲线的好坏会对标准光伏组件性能产生极大影响，因此，将可伐合金加工成型后，还需进行哑光黑喷塑处理。可伐合金基板表面反射率曲线如图5所示。

图5 可伐合金基板反射率曲线

由图5可知，在波长300～1200 nm以内，可伐合金基板表面反射率都控制在5%以内，满足标准IEC 60904-2的要求[2]，有不错的效果。

1.5 铂电阻pt100

温度传感器选用铂电阻pt100，其在0 ℃时的阻值Ro漂移小于等于0.04%。铂电阻pt100采用四线法连接至lemo连接器上，安装于可伐合金与铝合金基底之间。利用一个无头螺钉将pt100紧压在可伐合金的底部，由于电池片紧贴着可伐合金，可伐合金又仅有1 mm的厚度，因此，电池片的温度变化能较为灵敏地反映到pt100上。