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7A电流（约对应于500倍聚光下该电池产生的短路电流的1.25倍），太阳电池芯片实际温度高于环测箱温度约20℃.
| 选项 | 最高芯片温度 | 循环总数 | 电流条件 |
| TCA-1 | 85°C | 1000 | 每个温度周期内，在温度> |
| TCA-2 | 110°C | 500 | 每个温度周期内，在温度> |
| TCA-3 | 65°C | 2000 | 每个温度周期内，在温度> |
表1 聚光太阳电池热循环测试条件选项
图1 热循环测试的温度和电流示意图（非等比例）
图2 太阳电池接收器的冷热循环实验示意图
图3 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
聚光太阳电池的可靠性和失效模式与大功率LED芯片的可靠性和失效模式也很多的共同点[3]，三结电池的顶电池是GaInP材料，其带隙约为1.85eV，在通电情况下，发光波长约为680nm，是可见光，对太阳电池接收器通电压（称为亮灯测试），即可以简单判断太阳电池芯片有无异常。在太阳电池的外延、后续芯片工艺制程和接收器封装制程中，通常不可避免的会引入对芯片的损伤，通过亮灯测试，可以观察芯片的损伤类型，经我们的实验观察，异常芯片类型在亮灯测试条件下体现为亮点、暗点、暗斑和暗条纹，亮点和暗点可能源于芯片缺陷或是沾污，暗斑可能源于芯片漏电，电流在芯片上分布不均，而暗条纹可能源于栅线电极脱落或人为的芯片划伤。图4(a)~(d)分别给出亮点、暗条纹（栅线电极脱落）、暗斑和划伤的太阳电池接收器亮灯测试图片。
选用TCA-1热循环条件，芯片温度最高-45℃~85℃，分别在最高温度及最低温度处停留10分钟，一个循环大约需要78分钟；每个温度周期内，在温度>25℃时，周期性施加1.25*Isc（7A）的电流10次。表2为部分接收器在经过超过1000个热循环后的老化前后电性对比，电性测试使用脉冲聚光太阳模拟器，由于实验时间跨度时间较长，考虑到不同时间测试仪器本身的误差，本实验选取标准片作为监控，测试仪测量误差±5%。试验表明，聚光太阳电池芯片在经过1000个循环后电性总体衰减不明显，但划伤半导体及芯片大面积暗区的样品，其电性衰减较大；实验过程中，接收器出现绝缘胶裂开、DBC从铝板脱落、导线表皮收缩等，都是由于温度高于材料其本身所以承受的最高温度导致。
| 芯片编号 | 老化前功率W | 老化后功率W | 衰减 | 热循环次数 |
| SR2G09L0103750-（暗区） | 15.8322 | 16.1500 | 2.01% | 222~1051cycles |
| SR2G09L0103797（暗区） | 15.2770 | 14.8761 | -2.62% | 222~1051cycles |
| SR2G09J0103682（划伤） | 16.4755 | 16.2063 | -1.63% | 222~1051cycles |
| SR2G09J0202191（划伤） | 16.2367 | 16.4158 | 1.10% | 222~1051cycles |
| SR2G09L0203211（暗区） | 15.5062 | 14.3636 | -7.37% | 222~1051cycles |
| SR2G09K0203591（暗斑） | 15.3127 | 15.4853 | 1.13% | 222~1051cycles |
| SR2G09L0203131（暗区） | 15.2887 | 15.5980 | 2.02% | 222~1051cycles |
| SR2G09J0103700（轻划伤） | 15.9272 | 16.0047 | 0.49% | 222~1051cycles |
表-2 部分接收器在经过超过1000个热循环后的老化前后电性对比
3 聚光太阳电池的湿-热测试
湿-热测试的目的是确定太阳电池或接收器组件承受长期湿气浸扰影响的能力。对高倍聚光接收器而言，湿-热测试可能发生的失效机理应包括接收器密封、划伤半导体或减反射膜承受长期湿气浸扰受到破坏。表3给出湿-热测试条件选项。
| 选项 | 温度 | 湿度 | 循环时间 | 电流条件 |
| HFC-1 | 85°C ± 2°C | 85% ± 5% | 1000小时 | 无 |
| HFC-2 | 65°C ± 2°C | 85% 责任编辑：shine 夏楠 索比光伏网&碳索光伏版权声明： 本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容，均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可，任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。 经授权使用者，请严格在授权范围内使用，并在显著位置标注来源，未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任，本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合！ 推荐新闻  反式钙钛矿太阳电池传输层优化研究获进展来源：钙钛矿材料和器件 发布时间：2025-10-22 14:05:52 近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员潘旭团队，在反式钙钛矿太阳电池传输层优化方面取得进展，实现了太阳电池器件效率与稳定性的双重突破。在钙钛矿太阳电池器件结构中，除核心的钙钛矿吸收层外，其两侧的半导体功能传输层对电荷分离与输运发挥支撑作用，影响器件整体性能。 一道新能：多光子SFOS 高效太阳电池研究获突破来源：一道新能 发布时间：2025-10-21 10:44:17 此次成果的发表标志着多光子SFOS高效太阳电池基础研究获得重大突破，为后续在硅上制备高效多光子SFOS太阳电池产业化奠定了重要基础。未来一道新能将持续深化与高校的科研合作，围绕多光子SFOS高效电池效率提升、成本优化等核心目标，全力推动该技术从实验室成果向产业化落地转化，通过技术突破为光伏产业的持续迭代升级注入新动能，助力全球光伏技术向更高效率、更低成本的方向稳步迈进。 前沿光伏技术之多结叠层太阳电池：让阳光发挥更大能量的黑科技来源：财报资讯网 发布时间：2025-09-12 16:58:11 传统单结太阳电池可以利用的光谱部分由其半导体材料的带隙决定。能量低于带隙的光子不会被吸收，因此总是会损失。能量高于带隙的光子通常被很好地吸收，但带隙之外的多余能量会因热化过程而损失。MJSCs 的核心思想是 " 分工协作 "。通过在基板上堆叠多个不同带隙的半导体层，在各个半导体层之间制备隧穿二极管，用作不同子电池之间的低欧姆和高度透明的互连 UNSW新研究：TOPCon太阳电池的“隐形杀手”来源：PV光圈见闻 发布时间：2025-08-14 10:17:38 新研究发现，紫外光谱的不同部分对TOPCon电池的影响各不相同。该研究聚焦TOPCon太阳电池，这类电池在过去两年已成为行业主流技术，但其耐久性问题一直备受关注。尽管TOPCon技术广泛应用，但其在压力环境下的耐久性始终是行业焦点。除了潮湿和高温条件带来的挑战，紫外线诱导衰减已成为限制TOPCon太阳电池实际应用寿命的新因素。研究证实，暴露于紫外线B会导致TOPCon太阳能电池正面的表面复合增加，最终降低电池效率并加速其性能衰减。 西班牙3亿欧元计划 支持可再生能源技术设备及零部件生产来源：西西弗斯的哲思 发布时间：2025-07-10 16:00:53 2025年6月27日 - 西班牙生态转型与人口挑战部（MITECO）已批准“可再生能源价值链强化项目”（RENOVAL）的援助拨款决议，将向33个项目授予2.96亿欧元。这些项目旨在生产对西班牙可再生能源技术和产业发展至关重要的设备及零部件。 突破UV衰减瓶颈！东方日升异质结技术再登国际顶刊，引领光伏可靠性革命来源：东方日升新能源 发布时间：2025-07-10 15:52:16 硅异质结太阳能电池对紫外线(UV)敏感。二次离子质谱(SIMS)分析表明，365nm 紫外线会解离 Si-H 键，导致氢原子从 a-Si:H/c-Si 界面迁移并形成亚稳态缺陷。东方日升全球光伏研究院联合东南大学，针对n型异质结电池和组件的紫外稳定性进行了深度机理性的研究，开发了低紫外损伤连续PECVD 工艺，通过优化i1钝化层氢含量达33%( a-Si0x:H)i2钝化层氢含量达25%(a-Si:H)，使载流子寿命提升至3.6ms，紫外诱导衰减(UVID)从1.59%降至 0.71%。 CPIA：我国钙钛矿太阳能电池发展情况来源：钙钛矿材料和器件 发布时间：2025-07-10 15:20:25 近日，中国光伏行业协会分享了年度报告中第七篇，我国钙钛矿太阳能电池发展情况我国钙钛矿太阳能电池发展情况 N型升级 | 一道新能宋登元：DBC五大硬核技术突破效率天花板来源：一道新能 发布时间：2025-07-10 14:42:13 近日，2025 PVTD钙钛矿晶硅叠层与光伏前瞻技术论坛暨金豹奖颁奖典礼在北京举行。来自光伏行业领袖、技术专家、政府代表、行业组织及研究机构精英等参会。一道新能CTO宋登元博士受邀主持了上半场的大会，并作了《一道新能DBC 3.0 Plus高效电池特性与发展方向》主题报告分享，系统地论述了一道新能在行业前沿技术方面的最新成果，DBC电池五大硬核技术树立行业新标杆。同时，凭借系统技术布局及全面领先的产品优势，搭载TOPCon 5.0电池的DAON系列组件获颁2025年第七届光伏金豹奖金组件奖，依托企业创新及 中科院长春应化所&隆基Science双自由基自组装分子助力钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池效率突破34.2%来源：太阳能电池札记 发布时间：2025-07-10 14:29:36 实验室小面积钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率虽已接近27%，但大面积器件的均匀性和长期稳定性仍是产业化的关键瓶颈。传统自组装单分子层(SAMs)材料难以同时满足高效电荷传输、高稳定性和大面积加工的需求。 意大利科学家实现钙钛矿太阳能电池水下高效发电来源：恰逢小友初见 发布时间：2025-07-10 11:21:26 阳光穿透清澈水体，照射在仅0.5厘米深的实验装置中。意大利国家研究委员会物质结构研究所的科学家们记录下一组令人振奋的数据：经过特殊设计的钙钛矿太阳能电池，其在水下的功率转换效率（PCE）竟比在同等光照条件的空气中测试时高出约8%。这一发现挑战了钙钛矿材料“惧怕潮湿”的传统认知，为水下清洁能源应用开辟了新路径。 伍德麦肯兹 | 放眼海外：地缘博弈下的中国光伏路径来源：伍德麦肯兹WoodMac 发布时间：2025-07-10 10:06:21 伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）近期发布最新研究报告Looking overseas: China’s solar ascent in a fragmented global landscape（《放眼海外：地缘博弈下的中国光伏路径》），系统解构中国光伏企业的出海战略图谱。报告揭示了地缘政治加剧情况下，中国企业海外拓展的三大趋势，即供应链布局重构、区域化成本博弈与电站资产投资轻量化。基于对65个国及地区的光伏市场评估与政策追踪，报告还对海外市场的投资潜力进行量化排名，为中国光伏企业的海外投资提供 最新活动 2024光能杯 ● 创新分享会 2025-12-25第3届国际集成光伏(IPV)论坛 2024-4-19聚力同心 · 新质碳索”研讨会 2024-4-12 至 2024-4-14第十一届广东省光伏论坛 2024-4-12 至 2024-4-14 |
