采用双面硅太阳能电池的发光太阳能聚光光伏器件新型构型模拟

摘要： 本研究提出了一种新型发光太阳能聚光光伏（LSC PV）器件结构，采用垂直放置的单晶硅（mono c-Si）双面光伏电池。该LSC PV器件由多个含Lumogen染料（具体为Lumogen红305或橙240）的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）矩形棱柱形导光体组成，双面太阳能电池位于这些导光立方体之间，因而可接收双表面辐照。本研究主要通过理论计算确定五种不同配置LSC PV器件的光电转换效率（PCE）。为此，采用蒙特卡罗光线追迹模拟分析光伏电池接收面的辐照度及器件光学性能。建模研究了五种几何结构与染料浓度各异的LSC PV器件。为提升器件效率，双面电池还附着于导光体背面。光线追迹模拟显示：在标准测试条件（STC）下，由九个5×5×1 cm3 PMMA导光棱柱（含5 ppm橙240染料）、十二个垂直放置的5×1 cm2双面电池（置于导光体之间）及九个5×5 cm2背置光伏电池组成的15×15 cm2 LSC PV器件，其最大效率达16.9%。若该配置不设置背置电池，则最大PCE仅为2.9%（STC条件下）——此时器件由二十五个1×1×1 cm3 PMMA立方导光体（含110 ppm红305染料）及四十个1×1 cm2垂直双面光伏电池（置于导光体之间）构成。结果表明LSC PV技术具有显著应用潜力，其性能效率超越了10%的常规器件阈值。