被动辐射冷却对商用晶体硅基光伏器件的影响

近日研究表明，利用纳米光子涂层可显著增强物体在日光直射下的日间辐射冷却。多层薄膜堆叠、二维光子晶体等作为涂层结构，提高了器件在红外大气透明窗口的热发射率，大幅降低了器件温度。由于光伏(PV)器件升温会对其效率和寿命产生显著不利影响，并受近期日间辐射冷却进展的启发，我们建立了热-电耦合模型，以考察辐射冷却器如何影响商用光伏组件整体效率的物理机制。该模型考虑了PV器件中受温度变化影响的所有主要过程，我们利用它评估了迄今提出的主要辐射冷却方法对PV效率的相对影响，并确立了优化辐射冷却所需的条件。此外，我们明确了当前将PV冷却器视为简单热发射体的PV冷却模型的适用区间。最后，我们评估了文献中一些与光伏兼容、可实现辐射冷却要求的现实光子冷却器，并展示了它们在降温和PV效率提升方面的相关影响。我们的研究提供了辐射冷却太阳能电池的物理机制与要求，为利用合适的光子结构作为辐射冷却器以提升PV器件效率与寿命提供了指导。