氣溫愈高太陽能效率越低,科學家為此研製新模組設計

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 01 日 15:27 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


太陽能適合熱帶地區嗎?雖然擁有豐沛日照,但是潮濕悶熱對太陽能板來說終究不是好事,畢竟太陽能板也是電子元件,氣溫上升、效率就會下降,而最近迦納與英國科學家攜手,為熱帶地區設計更防潮更耐用的太陽能模組設計。

太陽能板電池跟許多電子設備一樣,其實滿怕熱的,溫度愈高、發電效率就越差,畢竟太陽能板是將光轉換成電,並非將熱能轉換成電能,先前麻省理工學院研究就指出,溫度每升高 1 度,太陽能板平均發電量就減少 0.45%。

當電池吸收陽光時,就會產生電子-電洞對,帶正電的電洞與帶負電的電子會分別向兩個不同的方向移動,進而產生電流與電壓,若電子-電洞對快速復合,太陽能轉換效率就會因此降低,溫度越高,電子與電洞復合的速度就愈快,高溫對太陽能板毫無益處。

同時迦納的誇梅‧恩克魯瑪科技大學(Knust)與英國提賽德大學(Teesside University)科學家也發現其他威脅太陽能模組性能的因素。像是天氣過於潮濕,濕氣造成黏膠附著力下降,電池與黏膠出現電極分層(delamination)狀況,電子無法順利注入而產生暗點、連接器異常等問題。

除了炎熱的天氣,溫差大也是太陽能板性能下降的主因,某些地區烈日當空,太陽能板的溫度會攀升到攝氏 80 度,午夜時分又會降到攝氏 15 度。

而科學家也認為,越薄、越小片的太陽能電池,也比較容易產生裂紋。在太陽能模組製程中,會用鍍錫銅帶(Copper Ribbon)與銀匯流線(Busbar,又稱主幹、粗線)將太陽能電池串接,組裝成太陽能模組,而焊接的品質將影響矽晶太陽能模組發電效率,且隨著矽晶圓厚度愈來愈薄,在串焊過程中愈容易斷裂。

▲ 3 條較粗直線為匯流線,較細的橫線則是細線(finger)。(Source:shutterstock)

在太陽能模組製程中,首先會把太陽能電池焊上箔條導線,再將用焊線將一片片電池串接排列成一組,最後再進入封裝程序。只是串焊過程中,焊線會從上表面的負極串接到下面的正極,這時焊線就會扭折(kink),科學家認為,高熱會讓扭折應力加劇。

(Source:African Science

不過隨著技術日新月異,新的技術可以解決愈熱退化問題嗎?對此科學家認為新型的背接觸(Back Contact)電極可以解決這個挑戰,像是選擇性雷射焊接(selective laser soldering)的背接面背接觸(Back Junction Back Contact,BJBC)技術。

其中 BJBC 的 PN 接面在電池背面,匯流線與細線呈指交叉狀,而電池也因為電極與接面都在電池背面,面朝太陽的電池面呈純暗色,能減少正面匯流線與細線的遮光、提高轉換效率,也能透過改善製程來最佳化受光表面的鈍化效果,還具有美觀優勢。

▲ N 型 BJBC 電池(Source:African Science

選擇性雷射焊接技術則是將匯流線均勻焊接在電池上,藉此提高穩定性,也能降低焊接接頭的機械損傷。而有別於一般電池,BJBC 電池中的電流不會經過發射極,因此也不用在粗細線陰影與串聯電阻損耗之間抉擇。過去研究測試也發現,透過省略匯流線和縮短細線長度,可提高 BJBC 太陽能電池填充因子和短路電流密度,有助提升太陽能電池性能。

(首圖來源:pixabay