高倍聚光多结太阳电池加速老化实验研

究

    聚光光伏（CPV）技术的核心是 III-V 族聚光多结太阳电池，与其他种类的太阳电池相比，
聚光多结太阳能电池具有光电转换效率高、温度特性好、能耗回收周期短等优点，可以最大
限度的利用太阳能资源，降低建设电站对环境的破坏。聚光太阳电池是

CPV 系统最为核心

的部件，它负责将高聚焦的太阳能转换为电能，几百倍甚至是上千倍太阳聚光条件下，太
阳电池温度很高，工作电流密度大，因此对太阳电池的可靠性要求很高

[1]。实际使用中，

聚光太阳电池被封装到接收器中，接收器封装对太阳电池进行保护，同时起到散热的作用。
为提高聚光太阳电池的可靠性，确保其应用于光伏系统中的安全、可靠和稳定的工作，本文
研究了高倍聚光多结太阳电池的加速老化实验方法。

1  IEC62108 标准关于聚光电池的可靠

性要求
    IEC 62108（Concentrator photovoltaic (CPV) modules and assemblies - Design qualification 
and type approval）[2]是目前唯一聚光太阳能接收器和组件之评估标准的国际规范，规定与
要求聚光型太阳能电池最低设计标准与品质，针对每个测试样品指定相关的试验与测试，
如：气候试验、诊断试验、电气试验、照射试验、机械试验，使用模块与组件皆须适合在一般
露天环境下长时间（

20-25 年）运转。

IEC 62108 试验程序部分基于 IEC 61215 或 IEEE1513 中规定的地面用晶体硅光伏组件设计
鉴定和定型。然而，考虑到

CPV 接收器和组件的特点，特别是室外现场试验和实验室内试

验的不同，以及

CPV 跟踪排列、高电流密度及快速温度变化的影响，该标准进行了一些变

化，规定了新的试验步骤或技术要求。

IEC62108 标准中要求对接收器进行高温高湿和冷热

循环实验以便判断其耐候性。
2 聚光太阳电池的热循环实验
    热循环测试的目的是测定接收器承受温度失配、老化以及其它因重复的温度变化引起的应
力的能力。由于聚光太阳电池工作在大于

500 倍太阳聚光下，其工作电流密度大于

5A/cm2，工作温度大于 60

℃，且昼夜温差较大，因此聚光太阳电池的热循环实验对研究聚

光太阳电池的可靠性至关重要。
为模拟实际工作条件，

IEC62108 要求聚光太阳电池在环测箱中进行冷热循环实验，且实验

过程中，芯片需通有电流，如表

2 所示为 IEC62108 关于聚光太阳电池热循环测试条件选项，

图

1 所示为 IEC62108 关于聚光太阳电池热循环测试的温度和电流示意图（非等比例）。

    需要特别指出的是，冷热循环实验需要对芯片的温度和通电时间进行精确的控制，然而
事实上芯片的温度很难监控得到，特别是在通大电流的情况下，如图

2 所示，芯片封装到

陶瓷

-金属复合板上，陶瓷-金属复合板又安装在散热板上，通常只能检测到环测箱和散热

板的温度。图

3 所示是太阳电池接收器（芯片尺寸 10x10mm2）在通不同电流时，环测箱温

度（

oven）、散热器温度（heat sink）和电池芯片温度（cell）的差异，由图可见，在通有