砷化镓聚光电池的电学性能测试与研究(附件)【字数：8073】
摘 要目前世界上光伏技术的发展受发电转换效率达不到高标准的影响非常严重，因此本文着力于探讨砷化镓聚光电池的电学性能，通过大量实验数据证明，砷化镓聚光电池发电技术具有非常广阔的发展及应用前景。本文对传统太阳能电池发电技术的发电效率进行了统计与计算，并测试记录了砷化镓聚光电池的发电效率，点聚光砷化镓电池的发电形式在产生更高效率的发电性能之外，也会带来短时间内骤然升温，因此本文设计了温控夹具以便更好地调整聚光模式，同时，本文利用先进的光学软件设计了一套线性聚光光伏测试系统来实现在聚光条件下可以连续的变化。通过认真严谨的实验，我们发现用双层凸透镜来取代简单的单层透镜是一个不错的选择。一定程度上，降低了光斑产生的相差，可以获得较高倍数的聚光能力。根据阅读的资料和自己的想法，运用了文中提到的这样一个平台加以进行测试，并且记录下了一定条件下的聚光倍数、像差、光斑密度等实验数据，制作出来了IV特性曲线，根据该曲线我们可以知道电池在强度不同的光照强度下的性能、开路电压以及短路电流等参数，并通过分析，改善了整个聚光系统，实现了更高的光电转换。
目 录
第一章 绪论 1
1.1光伏发电技术的发展 1
1.2聚光光伏的发展意义及优势 1
第二章 聚光太阳能电池发电技术的原理性研究 2
2.1聚光光伏技术的特点 2
2.2砷化镓聚光电池测试设备 3
2.2.1光源模拟器 3
2.2.2光功率计 4
2.2.3数字源表 5
2.2.4积分球与水冷机 6
2.2.5真空泵与透镜 6
2.2.6数据采集仪以及电源表，万用表等 7
2.3聚光组件部分的原理性分析与设计 8
2.3.1聚光光路分析及原理探讨 8
2.3.2参数计算 9
2.4砷化稼化合物半导体电池电学原理 10
第三章 关于砷化镓聚光电池电学性能的测试与探讨 11
3.1砷化镓化合物电池的室内IV曲线测量 11
3.2传统晶体硅太阳能电池的测试 11
3.2.1传统晶体硅太阳能电池的测试流程 11
3.2.2IV曲线的校正 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
11
3.3聚光电池电学特性的测试 12
3.3.1 数字源表的设置 12
3.3.2砷化镓三结太阳能电池样品测试 12
3.4本章小结 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
第一章 绪论
1.1光伏发电技术的发展
随着一次能源如煤炭、石油等资源的枯竭及对地球生态环境的污染,人类越来越渴望出现环保、可再生的新能源。一种技术的产生让人们解决了这样的一个难题，那就是将光能转换为电能，光电转换技术由此开始发展。随着技术的发展，人们又发现这种技术带来了很大的难题，那就是效率很低，成本又很高，这种问题的发现开始制约着太阳能技术的发展[1]。于是，有人开始想寻找一种能够高效环保的的太阳能电池。
慢慢地，更多的太阳能电池出现了，其中包括了硅太阳能电池、半导体化合物电池等等。在这些中间，科学家发现光电转换效率方向，单晶硅太阳能电池的效率最高，但是由于单晶硅电池消耗量大、制备复杂、对纯度要求也很高, 导致了高额的生产成本。 人们为了追求更合理的成本，科学家们着力研发GaAs、CdTe 等IIIV族太阳能电池，它们以低成本、高效率的特性得到了市场的青睐。同时，工艺重复性差也成为是阻止其发展的一个很大的原因。再后来，人们将聚光技术的优势与IIIV族化合物的发电特性结合到一起，越来越多的人开始研制聚光型太阳电池，一方面它降低了成本，再一方面，聚光也使综合发电效率得到了提升，因此具有很大的研究意义。
1.2聚光光伏的发展意义及优势
截止目前，聚光电池因为它的高效特性得到市场的器重。理论上的砷化镓聚光电池转换效率最大来讲能够可以突破24%40%。现在，作用于商业方向的晶体硅太阳能电池的转换效率能够达到在20%[2]。并且，聚光电池能够节约一定的成本，因为它需要的电池片少。当然，聚光电池也有它的缺点，在生产中，它的工艺稍显复杂，所以现在在生产方面，聚光电池依然没有得到特别大的发展。
此篇文章主要介绍了砷化镓聚光电池的电学性能，我们通过一定的研究，进而发现，它的意义有以下三点：
1.国内目前很少有砷化镓聚光电池的系统性研究，数据的缺失容易让消费者忽略它的巨大潜能。
2.本论文测量出的砷化镓聚光太阳能电池的光谱特性、电学性能等，为电池行业的工程师们提供了很大的数据支持。
3.通过详细的实验，本文得到了大量具体、严谨的数据。也研究出了最大化光电转换效率的方案，希望能得到广大工程师的认可。
第二章 聚光太阳能电池发电技术的原理性研究
聚光型太阳能电池的发电原理从光学维度上来讲，可以粗略地划分为线聚焦型和点聚焦型两种。这其中，尤以砷化镓化合物电池的发电效率较为突出，所以点聚焦型砷化镓聚光太阳能电池是本次论文的研究重点。在本次砷化镓聚光电池的测试过程遇到了以下难点：首先，聚光型电池的组成部件相较于传统的晶体硅电池来说，工艺和组建上更加的复杂。其次，砷化镓聚光电池在测试时产生的光斑面积更小，这也给数据的统计增大了难度。
2.1 聚光光伏技术的特点
由于现在各光伏大国逐渐减少对企业的光伏发电的扶持，这就要求太阳能发电的成本降到能与和传统能源竞争的地步。传统的晶体硅发电技术如此，本文研究的砷化镓聚光电池技术亦如此。只有通过对成本的严密控制，才能争取到更为广阔的市场。下表21展示了传统光伏电池与砷化镓聚光电池的比较。
表21 砷化镓光伏电池与单晶硅光伏电池的比较
砷化镓聚光电池与单晶硅光伏电池的比较
优点
不足
砷化镓等IIIV族电池转化率高
太阳光光源中的散射光线大量分散
半导体材料用量少，塑料透镜成本低
需要增加光线跟踪系统导致更多成本
仍然有巨大发展前景
产业规模增长缓慢
1、光电转化效率
由于GaAs的禁带高于单晶硅，所以在光谱响应方向、匹配能力方面比单晶硅厉害。从理论上看，不管是单结还是多结GaAs效率都比普通的单晶硅电池强，单晶的GaAs转换效率有27%左右。而多结GaAs更是有50%，比晶体硅电池高出了一半。
2、电池片组耐温性
通常，GaAs太阳能电池在耐温性方向也比晶体硅太阳能电池好的多，大量的数据证明了：GaAs电池可以再250°这样的高温的情况下依旧可以正常地工作。相比之下，传统硅光电池在温度达到200℃时，就已经表现出了明显的不适应性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1光伏发电技术的发展 1
1.2聚光光伏的发展意义及优势 1
第二章 聚光太阳能电池发电技术的原理性研究 2
2.1聚光光伏技术的特点 2
2.2砷化镓聚光电池测试设备 3
2.2.1光源模拟器 3
2.2.2光功率计 4
2.2.3数字源表 5
2.2.4积分球与水冷机 6
2.2.5真空泵与透镜 6
2.2.6数据采集仪以及电源表，万用表等 7
2.3聚光组件部分的原理性分析与设计 8
2.3.1聚光光路分析及原理探讨 8
2.3.2参数计算 9
2.4砷化稼化合物半导体电池电学原理 10
第三章 关于砷化镓聚光电池电学性能的测试与探讨 11
3.1砷化镓化合物电池的室内IV曲线测量 11
3.2传统晶体硅太阳能电池的测试 11
3.2.1传统晶体硅太阳能电池的测试流程 11
3.2.2IV曲线的校正 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
11
3.3聚光电池电学特性的测试 12
3.3.1 数字源表的设置 12
3.3.2砷化镓三结太阳能电池样品测试 12
3.4本章小结 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
第一章 绪论
1.1光伏发电技术的发展
随着一次能源如煤炭、石油等资源的枯竭及对地球生态环境的污染,人类越来越渴望出现环保、可再生的新能源。一种技术的产生让人们解决了这样的一个难题，那就是将光能转换为电能，光电转换技术由此开始发展。随着技术的发展，人们又发现这种技术带来了很大的难题，那就是效率很低，成本又很高，这种问题的发现开始制约着太阳能技术的发展[1]。于是，有人开始想寻找一种能够高效环保的的太阳能电池。
慢慢地，更多的太阳能电池出现了，其中包括了硅太阳能电池、半导体化合物电池等等。在这些中间，科学家发现光电转换效率方向，单晶硅太阳能电池的效率最高，但是由于单晶硅电池消耗量大、制备复杂、对纯度要求也很高, 导致了高额的生产成本。 人们为了追求更合理的成本，科学家们着力研发GaAs、CdTe 等IIIV族太阳能电池，它们以低成本、高效率的特性得到了市场的青睐。同时，工艺重复性差也成为是阻止其发展的一个很大的原因。再后来，人们将聚光技术的优势与IIIV族化合物的发电特性结合到一起，越来越多的人开始研制聚光型太阳电池，一方面它降低了成本，再一方面，聚光也使综合发电效率得到了提升，因此具有很大的研究意义。
1.2聚光光伏的发展意义及优势
截止目前，聚光电池因为它的高效特性得到市场的器重。理论上的砷化镓聚光电池转换效率最大来讲能够可以突破24%40%。现在，作用于商业方向的晶体硅太阳能电池的转换效率能够达到在20%[2]。并且，聚光电池能够节约一定的成本，因为它需要的电池片少。当然，聚光电池也有它的缺点，在生产中，它的工艺稍显复杂，所以现在在生产方面，聚光电池依然没有得到特别大的发展。
此篇文章主要介绍了砷化镓聚光电池的电学性能，我们通过一定的研究，进而发现，它的意义有以下三点：
1.国内目前很少有砷化镓聚光电池的系统性研究，数据的缺失容易让消费者忽略它的巨大潜能。
2.本论文测量出的砷化镓聚光太阳能电池的光谱特性、电学性能等，为电池行业的工程师们提供了很大的数据支持。
3.通过详细的实验，本文得到了大量具体、严谨的数据。也研究出了最大化光电转换效率的方案，希望能得到广大工程师的认可。
第二章 聚光太阳能电池发电技术的原理性研究
聚光型太阳能电池的发电原理从光学维度上来讲，可以粗略地划分为线聚焦型和点聚焦型两种。这其中，尤以砷化镓化合物电池的发电效率较为突出，所以点聚焦型砷化镓聚光太阳能电池是本次论文的研究重点。在本次砷化镓聚光电池的测试过程遇到了以下难点：首先，聚光型电池的组成部件相较于传统的晶体硅电池来说，工艺和组建上更加的复杂。其次，砷化镓聚光电池在测试时产生的光斑面积更小，这也给数据的统计增大了难度。
2.1 聚光光伏技术的特点
由于现在各光伏大国逐渐减少对企业的光伏发电的扶持，这就要求太阳能发电的成本降到能与和传统能源竞争的地步。传统的晶体硅发电技术如此，本文研究的砷化镓聚光电池技术亦如此。只有通过对成本的严密控制，才能争取到更为广阔的市场。下表21展示了传统光伏电池与砷化镓聚光电池的比较。
表21 砷化镓光伏电池与单晶硅光伏电池的比较
砷化镓聚光电池与单晶硅光伏电池的比较
优点
不足
砷化镓等IIIV族电池转化率高
太阳光光源中的散射光线大量分散
半导体材料用量少，塑料透镜成本低
需要增加光线跟踪系统导致更多成本
仍然有巨大发展前景
产业规模增长缓慢
1、光电转化效率
由于GaAs的禁带高于单晶硅，所以在光谱响应方向、匹配能力方面比单晶硅厉害。从理论上看，不管是单结还是多结GaAs效率都比普通的单晶硅电池强，单晶的GaAs转换效率有27%左右。而多结GaAs更是有50%，比晶体硅电池高出了一半。
2、电池片组耐温性
通常，GaAs太阳能电池在耐温性方向也比晶体硅太阳能电池好的多，大量的数据证明了：GaAs电池可以再250°这样的高温的情况下依旧可以正常地工作。相比之下，传统硅光电池在温度达到200℃时，就已经表现出了明显的不适应性。
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