史丹福大學開發太陽能電池散熱技術,可使模塊溫度下降18度以上

2020-12-03 人民網財經頻道

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美國史丹福大學的研究人員於當地時間2014年7月22日宣布，開發出了太陽能電池用散熱技術。只需將開發的薄膜貼到現有晶體矽太陽能電池的表面，便可將日照導致的溫度上升幅度控制在約18K。這樣便可抑制晶體矽類太陽能電池在夏季發電性能下降問題。

新開發的散熱技術的示意圖。（圖片由期坦期大學的L. Zhu提供）

此次開發的技術是在太陽能電池表面粘貼約100μm厚、表面形成有稜錐體圖案的石英（SiO2）薄膜。稜錐體的高度為20μm，以4μm的間距緊密排列。

不採取措施的夏季轉換效率比額定值低4個百分點

據介紹，如果在氣溫300K（約27℃）的條件下有能量密度為800W/m2的日照，未採取措施的太陽能電池的表面溫度就會上升至342.3K（約69℃）。而室外型太陽能電池發電性能的額定值大部分都是在25℃的溫度下測定的。而且，晶體矽類太陽能電池對溫度上升的耐受性較差，溫度每上升約1K，輸出功率就會下降0.45％。表面溫度達到69℃時，溫度較額定值的條件上升了約42K，會導致輸出功率下降約19％。如果是轉換效率額定值為20％的太陽能電池，在這一條件下實際能發揮出的轉換效率僅為16％左右。

另外，將此次開發的薄膜貼到太陽能電池表面後，可將800W/m2日照下的溫度上升幅度抑制在17.6K。這時，太陽能電池的表面溫度只有約52℃，輸出功率僅下降約11％。上述轉換效率為20％的太陽能電池實際以約18％的轉換效率工作。

該薄膜可抑制溫度上升的原因大致有3點：（1）材料採用石英；（2）實施了稜錐狀表面加工；（3）厚度減薄，只有100μm。這樣一來，薄膜吸收的紅外線的熱量以及太陽能電池傳遞出的熱量以波長4μm以上的紅外線輻射的形式向外散發的效果會更強。

（1）採用石英是因為石英對可視光的透射率高，而對波長在4μm以上的紅外線的透射率低。（2）的表面形狀對于波長4μm以上的紅外線也具有可提高其與空氣的阻抗匹配的作用。這樣，從稜錐體的尖端到底部，實際折射率會慢慢發生變化，有助於降低反射，提高輻射性能。另外，（3）厚度薄則有助於確保太陽能電池的熱量容易向薄膜表面傳遞，還可確保可視光的透射率。

上述三種技術已分別被已有技術單獨使用。比如，普通玻璃中7～8成材料為石英，因此，現有太陽能電池也有望實現對于波長4μm以上的紅外線的吸收效果。不過，除此之外還同時採取另兩項技術的例子卻很少。如果表面形狀平坦且玻璃較厚，就會不斷吸收紅外線而很少輻射，並容易阻礙太陽能電池向外部傳到熱量。

另外，稜錐狀表面加工在有些普通防反射膜上也被採用。不過，材料採用石英的情況很少。此次史丹福大學通過同時採取這三項措施，實現了高散熱性能。

不過，上述結果均是由模擬獲得的。史丹福大學表示，今後還將實際製作薄膜，在實際環境下進行性能評估。（作者：野澤 哲生，日經技術在線！供稿）

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