ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 5
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.5.11
УДК 681.518.3
Особенности токораспределения в солнечных элементах при измерении теплового сопротивления в диодном режиме
В. И. Смирнов 1,2, В. А. Сергеев 1,2, А. А. Гавриков 1, А. А. Куликов 1,2
1 Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наук, 432071, Ульяновск, ул. Гончарова д.48/2
2 Ульяновский государственный технический университет, 432027, Ульяновск, ул. Северный венец, 32
Статья поступила в редакцию 13 мая 2020 г.
Аннотация. Представлены результаты исследований и анализа особенностей токораспределения по площади солнечных элементов (СЭ) при измерении их теплового сопротивления в диодном режиме. Объектом исследований являлся СЭ из монокристаллического кремния размерами 52 × 52 мм2. Измерение теплового сопротивления СЭ, закрепленного с помощью термопасты на массивном алюминиевом радиаторе, осуществлялось модуляционным методом с использованием широтно-импульсной модуляции греющей мощности. Метод позволяет по зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности определять компоненты теплового сопротивления, связанные с особенностями конструкции и распространения теплового потока в контролируемом объекте. Экспериментально обнаружена дополнительная компонента теплового сопротивления, обусловленная тепловым потоком между более нагретыми локальными областями и остальной менее разогретой частью структуры СЭ. Косвенным подтверждением образования областей локального разогрева является сильное уменьшение теплового сопротивления элемента с ростом амплитуды греющего тока. Неоднородность распределения температуры по поверхности солнечного элемента подтверждена измерениями теплового излучения объекта с помощью ИК-микроскопа.
Ключевые слова: солнечный элемент, тепловое сопротивление, измерение, модуляционный метод, токораспределение, локальный разогрев.
Abstract. Results of investigations and analysis of features of current distribution over area of solar cells (SС) when measuring their thermal resistance in diode mode are presented. The object of the research was SC from monocrystal silicon with dimensions of 52×52 mm2. Measurement of thermal resistance of SE fixed by means of thermopaste on massive aluminum radiator was carried out by modulation method using pulse-width modulation of heating power. The method makes it possible to determine components of thermal resistance related to features of design and propagation of heat flux in the controlled object by dependence of thermal impedance on frequency of heating power modulation. An additional component of thermal resistance was experimentally detected due to the thermal flux between the more heated local regions and the rest of the less heated part of the SС structure. Indirect confirmation of formation of local heating areas is a strong decrease of element thermal resistance with increase of heating current amplitude. Non-uniformity of temperature distribution on the surface of the SС is confirmed by measurements of thermal radiation of the object using an IR microscope.
Key words: solar cell, thermal resistance, measurement, modulation method, current distribution, local heating.
Литература
1. Siegal B. Solar Photovoltaic Cell thermal measurement issues // 26th Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM). ‒ 2010. ‒ P. 132–135. DOI: 10.1109/STHERM.2010.5444302
2. Zhang J. et al. Transient Thermal Resistance Test of Single-Crystal-Silicon Solar Cell // IEEE Transactions on Electron Devices. ‒ 2012. ‒ № 9. ‒ pp. 2345–2349.
3. Plesz B., Ress S., Szabó P.G., Hantos G., Dudola D. Issues of Thermal Transient Testing on Photovoltaic Modules // 20th International Workshop Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC). ‒ 2014.
4. Górecki K., Krac E. Measurements of thermal parameters of solar modules // Journal of Physics: Conf. Ser. ‒ 2016. Vol. 709. P. 012007.
5. Smirnov V., Sergeev V., Gavrikov A. Specificity of measuring thermal resistance in solar cells // IEEE Journal of Photovoltaics. ‒ 2019 ‒ № 3 ‒ P. 775–779.
6. Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device), JEDEC Standard JESD51 1-14, JEDEC Solid State Technology Association, 2005-2010.
7. Test Methods for Semiconductor Devices. MIL–STD–750–3, Department of Defense, USA. January 2012 [online]. Available at
https://www.navsea.navy.mil/Portals/103/Documents/NSWC_Crane/SD-18/Test%20Methods/MILSTD750.pdf
8. Cold Plates. Lytron Total Thermal Solutions, 2018. Accessed: Jan. 4, 2018. [online]. Available: http://www.lytron.com/Cold-Plates.
9. Smirnov V., Sergeev V., Gavrikov A., Shorin A. Modulation method for measuring thermal impedance components of semiconductor devices // Microelectronics Reliability. – 2018. ‒ Vol. 80. ‒ P. 205–212.
10. Smirnov V., Sergeev V., Gavrikov A. Apparatus for measurement of thermal impedance of high-power light-emitting diodes and LED assemblies // IEEE Transactions on Electron Devices. ‒ 2016. ‒ Vol. 63. ‒ № 6. ‒ P. 2431–2435.
11. Horowitz P., Hill W. The Art of Electronics // Cambridge University Press, 2015.
Для цитирования:
Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А., Куликов А.А. Особенности токораспределения в солнечных элементах при измерении теплового сопротивления в диодном режиме. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №5. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/may20/11/text.pdf. DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.5.11