非晶硅PVT

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密歇根理工大学的开放可持续发展技术实验室请联系Free Appropriate Sustainable Technology的Joshua Pearce 博士。

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光伏 光热混合发电 ( PVT )的概念已存在 30 多年。然而，由于光伏太阳能电池的效率较低，PV/T 在经济上不可行。在过去的十年中，PV/T 已经开始增长，这可以从国际能源协会 (IEA) 专门针对 PV/T 的任务 35 中看出。^[1]

PV/T 系统背后的想法是用冷却剂（通常是水或空气）冷却光伏 (PV) 太阳能电池板，然后使用多余的热量来加热水箱或为房屋预热。应该注意的是，光伏太阳能电池的输出随着电池温度高于 STC 25°C 的增加而降低。^[2]因此，PV/T 非常有趣，因为它将提高光伏电池的效率和使用率从电池发出的热量。还应该注意的是，太阳能热系统的吸收器喜欢热，因为冷却剂和吸收器的温差越大，传热就越大。因此，优化 PV/T 的设计并非易事。

通常，在 PV/T 系统中，吸收器是 PV，它会引起问题，因为 PV 电池喜欢冷，而吸收器喜欢热。目前的文献中，设计都是尽可能地冷却PV，而忽略了提高PV/T系统的太阳能集热部分的效率。^[3]在这个研究项目中，正在设计一种光伏电池，它在热时工作得更好，从而优化 PV/T 系统的光伏和热部件。

选择的光伏材料是非晶硅，这是由于其特性。首先，非晶硅受到施泰布勒-朗斯基效应（SWE）的影响。当非晶硅暴露在阳光下时，会形成更多数量的复合，从而导致更高的缺陷密度，称为 SWE。这降低了电池的效率。材料越厚，复合的可能性就越大，这就是非晶硅电池厚度仅为 200-500 nm 的原因。但是，如果将电池在 150°C 下退火 4 小时，则可以将电池效率恢复到初始状态。电池在 25°C 下退火非常缓慢。^[4]与所有电池一样，非晶硅的效率会随温度而降低，但非晶硅仅以 0.1%/C 的速度降低，这低于大多数其他电池。这成为 PVT 的主要选择。

项目介绍

该项目的第一阶段是调试 PVMeasures AAA 太阳能模拟器和 QE 机器。这已经完成并编写了协议。更困难的一步是找到接收样品的来源，这也是项目延误的主要原因。期望的厚度系列范围为 200-2000 nm。

下一阶段是确定完成该项目所需的各种测试。委托 Thermo Fisher 热水循环器将电池在测试平台上加热至所需温度。管道和测试平台被隔热以防止热量损失。对加热系统进行测试以确定产生平台所需温度所需的浴槽温度。

下一步是确定太阳能热平板集热器中吸热板的温度范围。这是通过查找 SRCC 测试的系统的效率和损耗因数并进行反算来完成的。结果发现，温度范围从 40 摄氏度到 130 摄氏度不等，具体取决于系统和所使用的冷却剂。测试的确切温度仍在确定中。一个争论是是否在停滞温度（180°C）下测试细胞。此外，IEC 60904 标准即将推出，以确保测试符合要求。

一旦测试工作完成并且样品到达，第一步就是对所有电池完成 IV 和 QE 测试，以确定它们的初始属性。下一步将测试各种厚度和温度，并降解电池直至其稳定。稳定后，另一次量化宽松测试将完成。将创建并使用宏来加速数据分析。

在该测试完成的同时，将对细胞进行 D-AMPS 建模，以确定细胞降解时的特性。一旦完成所有测试并选择最佳厚度，就可以在现实生活中对电池进行测试，以确定波动的温度和辐照度是否会影响稳定性。

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光伏热混合器件中高温退火脉冲对非晶硅光伏性能的影响

来源

• MJM Pathak、JM Pearce 和 SJ Harrison，“光伏热混合器件中高温退火脉冲对非晶硅光伏性能的影响”太阳能材料和太阳能电池，100，第 199-203 页（2012 年）。arXiv。开放获取

摘要
人们对光伏光热 (PVT) 混合系统重新产生了兴趣，该系统收集太阳能以产生热量和电力。通常，PVT 系统的主要焦点是冷却光伏 (PV) 电池以提高电气性能，然而，这会导致热组件的性能低于太阳能集热器。非晶硅 (a-Si:H) 的低温度系数允许光伏电池在更高的温度下运行，并且是更具共生性的 PVT 系统的潜在候选者。a-Si:H PV 的根本挑战是光引起的退化，称为 Staebler-Wronski 效应 (SWE)。幸运的是，SWE 是可逆的，如果电池退火，a-Si:H PV 效率可以恢复到其初始状态。因此，有机会将a-Si:H直接沉积在太阳能吸热板上，电池可以达到退火所需的高温。

在这项研究中，我们通过实验探索了这个机会。第一个 a-Si:H PV 电池在 100°C 下退火 1 小时，周期为 12 小时，剩余时间电池在 50°C 下降解，以模拟 PVT 系统每天一次的停滞 1 小时。结果发现，当比较在正常 50°C 降解稳定后的电池时，与仅在 50°C 降解的电池相比，这种退火顺序导致了 10.6% 的能量增益。

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资料来源：MJM Pathak、K. Girotra、SJ Harrison 和 JM Pearce，“混合光伏热装置运行条件对氢化非晶硅太阳能电池本征层厚度优化的影响”太阳能 86，第 2673-2677 页（2012 年）。 DOI： http: //dx.doi.org/10.1016/j.solener.2012.06.002 开放获取

抽象的

从历史上看，混合太阳能光伏热 (PVT) 系统的设计重点是冷却基于晶体硅 (c-Si) 的光伏 (PV) 设备，以避免与温度相关的损失。这种方法忽略了热系统中的相关性能损失，并导致系统整体火用的降低。因此，本文探讨了使用氢化非晶硅 (a-Si:H) 作为 PVT 吸收材料，以努力维持热系统更高、更有利的工作温度。非晶硅不仅具有比晶硅更小的温度系数，而且还可以通过退火消除 Staebler-Wronski 效应中的缺陷态，在长时间的高温下表现出改进的光伏性能。为了确定与通过更高的工作温度而增加 i 层厚度相关的 a-Si:H PV 性能的潜在改进，a-Si:H PV 电池在 1 个太阳光照 (AM1.5) 下进行了测试温度为 25 ^o C (STC)、50 ^o C（典型 PV 工作条件）和 90 ^o C（典型 PVT 工作条件）。在各个温度下对 i 层厚度为 420、630 和 840 nm 的光伏电池进行了评估。结果表明，与在 PV 或 PVT 工作温度下工作的较薄电池相比，在 90 ^o C 下工作的 a-Si:H 基光伏电池（其 i 层比目前商业生产中使用的电池更厚）可提供更大的功率输出。这些结果表明，在PVT系统中加入a-Si:H作为吸收材料可以提高热性能，同时提高a-Si:H基PV的电性能。

非晶硅光伏热系统户外条件下电输出退火周期的优化

• Joseph Rozario 和 Joshua M. Pearce，非晶硅光伏热系统户外条件下电力输出的退火循环优化。应用能源，148，第 134-141 页（2015 年）。DOI： http: //dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.03.073 开放获取预印本

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J. Rozario、AH Vora、SK Debnath、MJM Pathak、JM Pearce，调度策略对非晶硅太阳能光伏热系统电气性能的影响，可再生能源68，第 459-465 页（2014 年）。开放获取

也可以看看

• 调度策略对非晶硅太阳能光伏热系统电性能的影响
• 非晶硅光伏热系统户外条件下电输出退火周期的优化
• 组合光伏太阳能热系统（PVT）——文献综述
• 非晶硅降解文献综述

媒体上有关 a-Si PVT 的故事

• 更多热量，更多光：迈向更好太阳能系统的一步——密歇根科技新闻，
  • 环境保护、Solarwarehouse、Phys.org、越南减缓和适应气候变化指导委员会、BCSEA.org
• 这是适合您小房子的微型太阳能热系统- Cleantechnica
• 开发出新型太阳能光伏热系统，更有效地发电和供热- CleanTechnica
• 非晶硅集成PVT：更高效的太阳能解决方案- The Green Optimistic
• 混合太阳能电/太阳能热电池板可以使屋顶太阳能成为主流——Treehugger
• MTU 研究人员开发低成本集成 PVT 系统- 国际商业时报（英国）
• 想要更多光伏发电吗？加热它- 清洁能源局
• 未来你的房子将是太阳能电池板- 主板
• 混合太阳能电/太阳能热电池板可以使屋顶太阳能成为主流- Smart Green Help
• 加热光伏发电以获取更多电力——太阳能供电
• 女王大学的研究人员提高了太阳能 PVT 系统的功率 -加拿大制造
• 清洁技术博客
• 研究人员开发了太阳能的新可能性- 女王大学、电子科学新闻、太阳能日报、科学日报、太阳能国际、多伦多创新、ECN 杂志
• MTU 研究人员致力于利用太阳能电池板产生热量- UP SecondWave
• 太阳能的新可能性——产品设计和开发
• 女王大学研究人员在太阳能电池板方面取得突破——金斯顿辉格标准公司
• 创新报告（德国）
• 克洛克1057
• 新型太阳能发电系统同时发电和供热- Ecoseed
• 太阳能的新可能性- 今日材料
• 太阳能光伏热发电的新进展--Enerzine
• Nove mogućnosti za Solarnu energiju Znanost（希腊）
• CKWS电视台
• CKNW 电台采访温哥华
• 太阳能光伏研究备受赞誉- ESI Africa、Enviornment ZA
• 太阳能热电池的效率突破 -热电联产和现场发电杂志

引文