斯坦福大学太阳能电池散热技术 使模块温度下降18度以上

美国斯坦福大学的研究人员于当地时间2014年7月22日发布文章称，开发出了用于太阳能电池的散热技术(英文发布资料)。只需将新开发的薄膜贴到现有晶体硅太阳能电池的表面，便可将日照导致的温度上升幅度控制在约18K。这样便可抑制晶体硅类太阳能电池在夏季发电性能下降问题。

此次开发的技术是在太阳能电池表面粘贴约100μm厚、表面形成有棱锥体图案的石英(SiO2)薄膜。棱锥体的高度为20μm，以4μm的间距紧密排列。

不采取对策时夏季的转换效率比额定值低4个百分点

据介绍，如果在气温为300K(约27℃)的条件下受到能量密度为800W/m2的日照，未采取措施的太阳能电池的表面温度就会上升至342.3K(约 69℃)。而室外型太阳能电池发电性能的额定值大部分都是在25℃的温度下测定的。而且，晶体硅类太阳能电池对温度上升的耐受性较差，温度每上升约1K，输出功率就会下降0.45%。表面温度达到69℃时，温度较额定值的条件上升了约42K，会导致输出功率下降约19%。如果是转换效率额定值为20%的太阳能电池，在这一条件下实际能发挥出的转换效率仅为16%左右。

另外，将此次开发的薄膜贴到太阳能电池表面后，与不贴薄膜的状态相比，可将800W/m2日照下的温度上升幅度控制在17.6K。这时，太阳能电池的表面温度只有约52℃，输出功率仅下降约11%。上述转换效率为20%的太阳能电池实际以约18%的转换效率工作。

该薄膜可抑制温度上升的原因大致有3点：(1)材料采用石英;(2)实施了棱锥状表面加工;(3)厚度减薄，只有100μm。这样一来，薄膜吸收的红外线的热量以及太阳能电池传递出的热量以波长4μm以上的红外线辐射的形式向外散发的效果会更强。

(1)采用石英是因为石英对可视光的透射率高，而对波长在4μm以上的红外线的透射率低。(2)的表面形状对于波长4μm以上的红外线也具有可提高其与空气的阻抗匹配的作用。这样，从棱锥体的尖端到底部，实际折射率会慢慢发生变化，有助于降低反射，提高辐射性能。另外，(3)厚度薄则有助于确保太阳能电池的热量容易向薄膜表面传递，还可确保可视光的透射率。

上述三种技术已分别被已有技术单独使用。比如，普通玻璃中7～8成材料为石英，因此，现有太阳能电池也有望实现对于波长4μm以上的红外线的吸收效果。不过，除此之外还同时采取另两项技术的例子却很少。如果表面形状平坦且玻璃较厚，就会不断吸收红外线而很少辐射，并容易阻碍太阳能电池向外部传到热量。

另外，棱锥状表面加工在有些普通防反射膜上也被采用。不过，材料采用石英的情况很少。此次斯坦福大学通过同时采取这三项措施，实现了高散热性能。

不过，上述结果均是通过模拟获得的。斯坦福大学表示，今后还将实际制作薄膜，在实际环境下进行性能评估。