| 摘要:为了解柔性薄膜太阳能电池的力学性能及其在受力状态下光电性能的变化,本文选择美国Konarka公司生产的柔性薄膜太阳能电池作为研究对象,通过拉伸试验的方法对该种电池的力学参数指标进行测定,并对其在拉应力影响下电池输出电压的变化进行了研究。实验结果表明:所研究的柔性薄膜太阳能电池在平行电池条方向上的弹性模量、拉伸强度要优于垂直电池条方向,并且两个方向上的电池破坏形态也有较大区别。同时,柔性薄膜太阳能电池在拉应力作用影响下,两个方向上输出电压的变化也有明显区别。研究结果对柔性薄膜太阳能电池在建筑、汽车、航空等领域的应用提供了一定的参考依据。 引言 柔性薄膜太阳能电池是指在柔性材料(不锈钢、聚合物等)上制作而成的薄膜太阳能电池。传统意义上的晶体硅太阳能电池自身重量大,不能弯折,运输及安装繁重且不便;而柔性薄膜太阳能电池自身重量很轻,厚度薄,具有较高的可弯曲程度,运输及携带使用均十分便利。 近年来,随着太阳能电池产业的不断发展,薄膜光伏技术水平的不断提高,柔性薄膜太阳能电池开始受到人们的重视,世界上许多公司竞相研究开发,取得很大的进展。如美国UnitedSolar公司生产的以不锈钢为衬底的非晶硅薄膜太阳能电池,日本Fuji公司生产的以塑料为衬底的薄膜太阳能电池,以及美国Konarka公司生产的以透明导电高分子柔性薄膜为衬底的有机薄膜太阳能电池等许多产品(图1)都已经在光伏市场上占有一定的份额,并且在欧洲及日美等国家地区均得到了广泛的应用。
对于DSC的产业化研究,澳大利亚DYESOL公司(前称STA、后更名为STI、现为DYESOL)、德国INAP研究所、荷兰国家能源研究所(ECN)、中国科学院等离子体物理研究所(IPP)、日本Sharp公司、日本Peccell公司、英国G24公司等都取得了令人注目的研究成果。2002年10月,澳大利亚DYESOL公司在国际上首次建立了面积为200m2的以导电玻璃为衬底的DSC显示屋顶。2004年10月,中国科学院等离子体物理研究所取得了单片大面积DSC(15cm*20cm)的光电转换效率稳定在5%以上,并建立了国际上较为先进的500W示范电站。2008年2月,日本Peccell的大面积塑料DSC,组件单元长2.1m、宽0.8m、厚0.5mm,重量800g/m2,是目前尺寸最大、重量最轻的DSC,室内可以输出高于100V的电压。 然而目前仅注重于非晶硅薄膜或有机薄膜的光电转化效率的研究,而对于太阳能电池力学性能的影响研究较少。然而,随着太阳能电池建筑一体化的不断发展,太阳能电池不再只是建筑结构的附加品。在越来越多的现代建筑结构中,逐渐出现太阳能电池与结构构件结合的应用,而这些应用使得太阳能电池不可避免地承受结构构件传递过来的应力的作用。因此,研究太阳能电池在应力作用影响下光电性能的变化也开始显得尤为重要。为此,本文选择了国内外常见的柔性薄膜太阳能电池进行拉伸试验,以测试柔性薄膜太阳能电池的力学性能以及在不同方向拉应力作用影响下光电性能的变化,并对试验结果进行了对比分析。 1 柔性薄膜太阳能电池的力学性能实验研究方案 本次试验过程中,选用150W的卤钨灯作为光源,同时参考塑料薄膜拉伸试验的国家标准,采用深圳新三思公司制造的微机控制电子万能试验机,对柔性薄膜太阳能电池进行单向拉伸试验(试验装置示意图如图2所示)。试验通过与电子万能试验机相连的计算机得出柔性薄膜太阳能电池的弹性模量、拉伸强度等力学性能指标,同时通过与柔性薄膜太阳能电池相连的示波器及万能表得到在拉应力影响下柔性薄膜太阳能电池输出电压的变化情况。图3是试验装置的现场布置图。
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