CN101576602B - 检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置，包括有工作暗室(10)，该工作暗室(10)里水平放置有近红外光源(20)，所述近红外光源(20)的右边纵向设置有太阳电池(30)，所述太阳电池(30)位于所述近红外光源(20)右端发射孔相对应的位置，所述太阳电池(30)的两极与工作暗室(10)外部的电流表(40)相连，所述太阳电池(30)上设置有上转换材料(50)。本发明提供的装置可以通过检测不同的上转换材料对太阳电池短路电流密度的提高效果，实现对不同上转换材料的光转换效果的验证，获知不同上转换材料对太阳电池效率的提高效果，从而促进上转换材料制备技术的发展以及在太阳电池中的应用。

Description

检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置。
背景技术
光伏发电是国际公认的解决能源缺乏与环境污染问题的有效途径之一。光伏发电量占世界总发电量的比例逐年提升。特别是近两年，光伏发电的广泛应用推动了光伏研究领域的理论深入。为了使光伏发电能够成为未来能源的重要组成部分，关键是要将光伏发电的成本降到与常规能源的成本相当，而提高电池效率，是降低光伏发电成本的重要途径。
为了获得高效率的太阳电池，要求太阳电池能够吸收尽可能多的太阳光。但是，现在所有的太阳电池，由于材料本身带隙和电池结构的限制只能吸收太阳光谱中的可见光部分，使得太阳光谱组成中超过40％的近红外太阳光不能被充分地利用。
上转换材料是一种能将近红外光转变成可见光的材料，将其应用于现有的太阳电池结构中，将会让太阳电池进一步充分地利用太阳光，这样可以提高太阳电池的短路电流密度，进而提高太阳电池的效率。
但是，由于现在制作上转换材料的技术水平还不是太高，上转换材料对太阳电池效率的提高较为有限，且现在太阳电池的制造技术不太稳定，同样条件下所制备太阳电池的效率不太一样，因此，直接测试具有上转换材料的太阳电池效率提高的效果不理想。
目前还没有出现一种电池测试系统，可以有效地检测出不同的上转换材料对太阳电池效率的提高效果，实现对不同上转换材料的光转换效果的验证，获知不同上转换材料对太阳电池效率的提高效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置，该装置可以通过有效地检测不同的上转换材料对太阳电池短路电流密度的提高效果，实现对不同上转换材料的光转换效果的验证，获知不同上转换材料对太阳电池效率的提高效果，从而促进上转换材料制备技术的发展以及在太阳电池中的应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置，包括有工作暗室10，该工作暗室10里水平放置有近红外光源20，所述近红外光源20的右边纵向设置有太阳电池30，所述太阳电池30位于所述近红外光源20右端发射孔相对应的位置，所述太阳电池30的两极与工作暗室10外部的电流表40相连，所述太阳电池30上设置有上转换材料50。
优选地，所述工作暗室10中垂直设置有隔板11，所述隔板11位于所述近红外光源20的右边，所述隔板11在与近红外光源20右端发射孔相对应的位置上开有开孔12，所述太阳电池30位于所述隔板11的右侧壁且其底部覆盖在开孔12上。
优选地，所述太阳电池30由位于其左端的衬底33、衬底33上面沉积的薄膜31和位于其右端的一层反射层32组成，所述衬底33和其上面沉积的薄膜31、反射层32相互平行。
优选地，所述太阳电池30左端的衬底33为塑料衬底或者玻璃衬底。
优选地，所述薄膜31为硅基薄膜。
优选地，所述上转换材料50设置在所述薄膜31和位于其右端的一层反射层32之间。
优选地，所述上转换材料50设置在衬底33的左侧面上。
优选地，所述近红外光源20为近红外光激光器。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明与现有技术相比，本发明提供了一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置，该装置可以通过有效地检测不同的上转换材料对太阳电池短路电流密度的提高效果，实现对不同上转换材料的光转换效果的验证，获知不同上转换材料对太阳电池效率的提高效果，从而促进上转换材料制备技术的发展以及在太阳电池中的应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1是本发明提供的一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置在没有加入上转换材料时的结构示意图；
图2是本发明提供的一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置在加入上转换材料，并对该上转换材料进行检测时的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明提供的一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置在没有加入上转换材料时的结构示意图，图2是本发明提供的一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置在加入上转换材料，并对该上转换材料进行检测时的结构示意图。
参见图1、图2，本发明提供了一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置，该装置包括有工作暗室10，该工作暗室10里水平放置有近红外光源20，该近红外光源20用于产生近红外光；
在本发明中，所述近红外光源20优选为近红外光激光器以及其他能够产生近红外光的光源。
该工作暗室10中垂直设置有隔板11，所述隔板11位于所述近红外光源20的右边，所述隔板11在与近红外光源20右端发射孔相对应的位置上开有开孔12；
所述隔板11的右侧壁上纵向设置有太阳电池30，所述太阳电池30的底部覆盖在开孔12上，这样使得近红外光源20右端发射孔所发出的近红外光可以通过开孔12进入到太阳电池30中。
所述太阳电池30由位于其左端的衬底33、衬底33上面沉积的薄膜31和位于其右端的一层反射层32组成，所述薄膜31位于所述衬底33和反射层32之间，所述衬底33和其上面沉积的薄膜31、反射层32相互平行，所述反射层32位于薄膜31的右侧。于是，近红外光源20右端发射孔所发出的近红外光可以通过开孔12进入到太阳电池30时，近红外光首先透过衬底33和薄膜31，然后到达反射层32。
需要说明的是，在本发明中，所述太阳电池30左端的衬底33可以为塑料衬底或者玻璃衬底，以及其他透明的衬底。
此外，在本发明中，所述衬底33上面沉积的薄膜31优选为硅基薄膜，可以为顶衬结构p-i-n型，也可以为底衬结构n-i-p型，包括非晶硅基薄膜、微晶硅基薄膜和纳米硅基薄膜等多种硅基薄膜，所述衬底33上面沉积的薄膜31的最后一层材料是透明导电薄膜，所述太阳电池30的结构可以为单结，也可以为多结。
在本发明中，所述工作暗室10的外面设置有一个电流表40，该电流表40与太阳电池30的两极相连，从而通过电流表40可以检测获知太阳电池30的短路电流。
参见图2，当需要检测上转换材料50对太阳电池30的短路电流密度的影响时，上转换材料50设置在所述衬底33上面沉积的薄膜31和反射层32之间，因此，近红外光源20右端发射孔所发出的近红外光可以通过开孔12进入到太阳电池30时，近红外光首先透过衬底33和其上面沉积的薄膜31，然后通过位于衬底33上面沉积的薄膜31和反射层32之间的上转换材料50的转换作用，近红外光被转换为可见光，接着可见光在反射层32的作用下，进行反射，全部进入到太阳电池30中，从而被太阳电池30所吸收，产生短路电流，并可以通过该太阳电池30所外接的电流表40所检测到。
此外，需要说明的是，本发明的上述上转换材料50还可以设置在所述衬底33的左侧面上，这样，近红外光源20右端发射孔所发出的近红外光首先透过上转换材料50，由上转换材料50转换为可见光，可见光的一部分被太阳电池吸收，还有一部分透过衬底33和薄膜31，接着在反射层32的作用下进行反射，全部进入到太阳电池30中，同样会被太阳电池30所吸收，产生短路电流，并可以通过该太阳电池30所外接的电流表40所检测到。
对于上述本发明提供的检测装置，可以通过测试太阳电池在近红外光照射下有无短路电流密度的提高来证明加入上转换材料给太阳电池所带来的效果。
具体实现上，可以采用两种情况对照，一种是采用不加上转换材料的情况下，测试太阳电池在近红外光下的短路电流，参见图1，近红外光源提供近红外光，光线透过电池的衬底到达太阳电池，在反射层的作用下，近红外光反射到太阳电池中去，电池不能吸收利用近红外光，不会产生载流子，这样就不会产生短路电流，即位于工作暗室中的太阳电池在近红外光照射下，太阳电池的光谱响应为零。
另一种是采用加上转换材料的太阳电池，测试其在近红外光照射下的短路电流，参见图2，对于加入上转换材料的太阳电池，由于上转换材料对近红外光的上转换作用，上转换材料把其中的近红外光转变成可见光，在反射层的作用下，发出来的可见光全部进入到太阳电池之中，并被电池吸收利用，这样太阳电池就会有所响应，产生短路电流，该短路电流可以被外部的电流表所检测到，从而上转换材料对太阳电池的影响可以在短路电流上很直接的反应出来。因此，加入有上转换材料和没有加入上转换材料的太阳电池具有的短路电流存在明显的对比，这样就使得对上转换材料应用在太阳电池上的效果的检测变得容易，检测结果变得直观可信。
实施例：
以非晶硅薄膜太阳电池为例，采用波长为980nm的激光器作为近红外光源，所选择的上转换材料为：可以进行980nm波长光激发，并能发出可见光的上转换NaYF4:Er，Yb材料。任意选择同样条件下制备的四个太阳电池(即电池1、电池2、电池3和电池4)，使用本发明提供的检测装置分别检测在加入有上转换材料和没有加入上转换材料时太阳电池的短路电流密度(用电流表检测出的电流除以太阳电池的面积得到太阳电池的短路电流密度)，检测结果如下表1所示。
表1：
  没加入上转换材料的太阳电池的短路电流密度   加入上转换材料的太阳电池的短路电流密度
 电池1   0   0.04mA/cm<sup>2</sup>
 电池2   0   0.06mA/cm<sup>2</sup>
 电池3   0   0.02mA/cm<sup>2</sup>
 电池4   0   0.08mA/cm<sup>2</sup>
由上可知，加入有上转换材料和没有加入上转换材料的太阳电池具有的短路电流存在明显的对比，这样可以很容易获知上转换材料在太阳电池上的应用效果。
综上所述，本发明与现有技术相比，本发明提供了一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置，该装置可以通过有效地检测不同的上转换材料对太阳电池短路电流密度的提高效果，实现对不同上转换材料的光转换效果的验证，获知不同上转换材料对太阳电池效率的提高效果，从而促进上转换材料制备技术的发展以及在太阳电池中的应用，具有重大的生产实践意义。
运用本发明，可以进行不同上转换材料对电池短路电流密度影响的测试研究，为指导优化上转换材料，提高电池的光电转换效率提供了很好的数据基础。此外，本发明所提供的检测装置还具有直观，可靠，灵敏度高，对设备稳定性依赖程度小等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种检测上转换材料对太阳电池短路电流密度提高效果的装置，其特征在于，包括有工作暗室(10)，该工作暗室(10)里水平放置有近红外光源(20)，所述近红外光源(20)的右边纵向设置有太阳电池(30)，所述太阳电池(30)位于所述近红外光源(20)右端发射孔相对应的位置，所述太阳电池(30)的两极与工作暗室(10)外部的电流表(40)相连，所述太阳电池(30)上设置有上转换材料(50)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工作暗室(10)中垂直设置有隔板(11)，所述隔板(11)位于所述近红外光源(20)的右边，所述隔板(11)在与近红外光源(20)右端发射孔相对应的位置上开有开孔(12)，所述太阳电池(30)位于所述隔板(11)的右侧壁且其底部覆盖在开孔(12)上。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述太阳电池(30)由位于其左端的衬底(33)、衬底(33)上面沉积的薄膜(31)和位于其右端的一层反射层(32)组成，所述衬底(33)和其上面沉积的薄膜(31)、反射层(32)相互平行。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述太阳电池(30)左端的衬底(33)为塑料衬底或者玻璃衬底。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述薄膜(31)为硅基薄膜。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述上转换材料(50)设置在所述薄膜(31)和反射层(32)之间。
7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述上转换材料(50)设置在衬底(33)的左侧面上。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述近红外光源(20)为近红外光激光器。
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