太阳能是世界公认的清洁能源之一,而将太阳能转换成电能的光伏器件更是太阳能转化利用的典型形式之一。目前,光伏器件的相关研究主要聚焦于两点:当下如何准确模拟确定光伏组件的热电性能,以及未来如何提高器件的发电效率。然而,光电转换过程复杂深奥,是热力学、量子物理学和波动光学共同作用下的产物,是多学科交融交叉的课题。另一方面,光伏器件的实际运行环境也变化多端,使得光伏器件的实际性能与出厂参数会有天壤之别。复杂的光电转换机理和多变的实际运行环境为光伏器件性能模拟和效率改善的研究推进带来了很大的挑战。基于以上背景,本文旨在探究不同条件下光伏电池和光伏组件的综合能量分布。主要的研究内容可以拆解为以下四个部分。首先,本文先对光伏电池的工作原理深入剖析,并对光伏组件的损失成因进行了科学的定义与划分。具体而言,是将组件损失分为电池片内的载流子产生、输运和复合过程损失,以及电池片到组件的连接损失。随后,在建立和验证了标准测试条件下的损失分布模型之后,本文再通过引入五参数电学模型、热阻模型,进而提出了一种综合性能仿真模型,旨在统一光伏组件的宏观性能表征和微观工作机制,模拟光伏组件在实际工况下的电热性能和能量分布。第三阶段为实验测试与验证,通过夏天与冬天、晴天和阴天下模拟数据和实验数据的比照,验证了该模型在模拟光伏组件发电量和电池温度方面的准确性。研究结果表明,在夏季晴天,该光伏组件实际运行时发电效率为14.39%。当太阳辐射入射到组件,首先会有21.85%的能量由于电池本身或组件连接处的光学反射而耗散在周围环境中。在所有的损失中,光谱失配损失占比最大,为总入射能量的37.33%,包括该损失在内,最终会有63.76%的入射能量转换成热源,使得组件工作温度升高。最后,基于实验结果与理论分析的结合,本文针对不同的损失机理,系统地列举了光伏热管理和效率提升的具体措施,既包括在极限效率内减少损耗,实现器件效率的最大化,也包括引入新的技术手段,增加光伏电池中的载流子浓度,从而有可能突破现有效率极限。同时,根据现有研究成果,本文也提出了未来工作的计划与展望,展现了本课题研究的可持续性和连贯性。