能源危机一直是当今社会各国经济发展关注的重要问题,化石能源的日益枯竭,使得新型能源的研究变得尤为重要。太阳能凭借其储量丰富、清洁无污染等优点,受到了国内外研究人员的广泛关注,其相关研究及产业也取得了极大的进展。太阳能电池作为目前光伏发电的主体,其性能除受到制作材料及工艺的制约外,还将受到温度效应的影响。温度越高,太阳能电池的输出性能将越低。因此太阳能电池的温度效应研究,对于有效提高传统太阳能电池如晶体硅太阳能电池等的输出性能具有重要意义。本文以晶体硅太阳能电池为研究主体,从理论及实验两方面出发,探究太阳能电池光电转化过程中的温度效应,主要内容包括:1、太阳能电池光电效应微观机制及相关参数温度效应基于太阳能电池光电效应过程中的物理机制,构建半导体及传热耦合物理场,并建立离散化太阳能电池模型。分析微观载流子产生、传递及复合过程中的温度效应,研究其禁带宽度、载流子迁移率及寿命等参数对光生载流子产生速度及浓度分布的影响。同时探究不同参数在热化效应、低于禁带宽度产热、复合产热及焦耳产热等内部产热过程的作用。通过比较分析不同参数温度效应条件下的太阳能电池载流子分布及温度分布,表明了各不同参数在太阳能电池温度效应中所占的比重,进而探究不同参数温度效应对于太阳能电池光电输出的影响情况。2、均匀温度条件下太阳能电池温度效应以单晶硅太阳能电池作为研究对象,搭建了相应的温度效应测试系统,分析不同光照强度下,太阳能电池短路电流、开路电压、填充因子、最大输出功率及光电转化效率等宏观光电参数随温度的变化趋势情况,探究宏观参数的温度效应。同时,对比分析了单晶硅与砷化镓太阳能电池温度效应在不同光照强度下的区别。3、串联内阻外部因素对太阳能电池输出性能的影响基于不同的光伏电池电路设计,构建不同串联内阻测试条件,对比分析了不同串联内阻数值对太阳能电池实际输出光电参数的影响。分析了接触电阻随温度的变化情况,并阐明了其对于光伏输出性能的弱化趋势。4、非均匀温度条件下太阳能电池温度效应结合可控激光设备、恒温控制器以及光照模拟器等设备,搭建太阳能电池非均匀温度及光电参数测试系统。通过调控不同仪器参数,模拟构建太阳能电池内部不同的温度分布情况,对比不同温度分布情况下太阳能电池的光电输出性能,分析多种非均匀温度条件下太阳能电池工作过程中的温度效应。从理论模拟与实验两方面出发,探讨太阳能电池实际使用情形下温度的恶化现象,以此为基础,研究了非均匀温度条件下导致的恶化现象对于电池整体电能输出的影响。阐明了不同光照强度下,太阳能电池中非均匀温度条件的恶化趋势以及其对于聚光光伏系统设计的参考意义。5、太阳能温度效应的应用方案研究从利用太阳能电池多余产热的层面出发,设计并制造了一种新型一体化光伏热电耦合器件。通过去除热电器件上表面陶瓷盖板以增强太阳能电池与热电器件之间的换热能力,同时在电池下表面通过电子束物理气相沉积的方式蒸镀氧化铝绝缘层以避免太阳能电池与热电器件短路;并于太阳能电池与光伏组件中间采用均匀涂抹导热膏的方式进一步优化其组件之间的换热能力。对比该新型光伏热电耦合器件与纯光伏器件在不同光照强度以及冷却条件下的输出性能,表明新型耦合器件不仅能够有效提高其中太阳能电池组件的输出,同时也能将电池产生的剩余热量传递给热电组件产生额外的电能输出,有效减缓太阳能电池温度升高所带来的不良效应。通过调节不同绝缘层厚度及导热膏热导率,分析讨论耦合器件相应的输出性能,表明了降低绝缘层厚度以及提高导热膏热导率能有效增强耦合器件的电能输出。