CN102331552A - 一种太阳电池检测装置及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳电池检测装置，该装置包括光源、光源调整单元、太阳光谱数据库单元以及工艺分析单元，其特征在于：所述光源调整单元，用于调整从光源所发出的光中蓝光及红光的比例，从而模拟地球不同经度/维度地区的太阳光谱特点；太阳光谱数据库单元，将实际采集或经模拟计算得到的太阳光谱储存在计算机中，通过数据线与工艺分析单元相连接；工艺分析单元，包括电子负载、电流采样器、电压采样器、电流表、电压表，电流采样器(3)与待测太阳能电池相连、待测太阳能电池两端并和电压表相连，电压表与电压采样器相连，电流表与电流采样器相连，将获得的数据与太阳光数据库单元的比对，通过调整各层电池材料的厚度及材料成分使组成太阳电池的各节电池达到电流平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳电池检测装置及应用方法。
背景技术
自本世纪以来太阳电池作为一种前景巨大的清洁能源不断受到追捧，全球的太阳能电池装机容量以每年超过30％的增长速度不断攀升。现阶段，安装在全球各地的太阳电池组件可以分为晶体硅太阳能电池、硅基薄膜太阳电池和化合物半导体薄膜太阳电池。其中，后两种也被称为第二代太阳电池。为了提高太阳电池的光转换效率，科研人员提出了多节太阳电池技术，将多个不同禁带宽度的太阳电池通过串联方式叠加起来，从而增加对太阳光的吸收范围，提高电池效率。由于多节太阳电池是一种具有串联结构的组合，为了保证其性能，需要组成该结构的每节电池具有相同的电流。由于各层电池具有不同的禁带宽度，导致各层电池对不同波长的光具有不同的敏感性。所以，对于多节太阳电池而言，光谱的差异性对其电池性能的影响非常大。现阶段，所有的太阳能组件均是基于AM1.5的标准光强下生产出来的。产品的销售结算功率也是基于此标准光强下的测试功率，并没有考虑各产品的最终安装地点。事实上，不同的地理位置由于太阳高度角，海拔，气候等自然条件的不同必然导致其光谱具有一定的差异性。如下的情况可能正在发生：在AM1.5的条件下表现非常优异的太阳电池组件由于其安装位置的不当而不会产生预期的发电效能。反之，由于工艺反常而制造出来的太阳电池组件其AM1.5的条件下表现较差，但是如果被安装在适合其结构的区域，其表现可能会与正常工艺太阳电池相当。在这种情况下，根据安装地的光谱特性调整电池工艺从而生产与之相匹配的太阳电池，或者将电池用不同光谱条件测试从而了解其适合的安装地点，成为了一项非常有意义的工作。
发明内容
本发明提供了一种太阳电池检测装置及应用方法，其特征在于可以通过光源调整单元调整从光源所发出的光中蓝光及红光的比例，从而模拟地球不同经度/维度地区的太阳光谱特点，结合工艺分析单元，从而优化太阳电池工艺，同时避免或减轻现有技术中的一些缺陷。
本发明的装置通过以下方式实现：可变光谱的光源系统，太阳光谱数据库，工艺分析单元。
可变光谱的光源系统的结构和工作方式主要是以下三种：
(1)由普通氙灯与卤素灯的组合构成，通过分别控制氙灯和卤素灯的电压来改变光谱的分布。
(2)由氙灯与滤光片的组合构成，多个氙灯聚焦将入射光强增倍，然后通过向光源和光伏组件之间增加不同的滤光片，从而改变其光源的光谱分布。
(3)由高亮度LED芯片涂覆荧光粉方式组成，组成该光源系统的LED芯片被分别涂覆不同种禁带宽度的荧光粉，从而发出不同颜色的光。通过改变各个颜色LED芯片的数目或者改变电流可以调整光谱的分布。
太阳光谱数据库可以直接利用光谱测试仪在各地实际采集，或者通过简单的模拟计算得到。不同地区由于维度差异引起太阳高度角h⊙的差异公式如下：
δ：赤纬，太阳的平行光线垂直照射在地球某一点时，该点的地理纬度值。(随时间的变化而变化，北半球取正值，南半球取负值)
ωo：所求算时间的时角。以当地真太阳时的正午为0度，上午为负，下午为正，每小时换算15度
太阳高度角h⊙与大气质量m之间存在以下换算关系：
m＝1/Sin(h⊙)--------------------------------------(2)
太阳光穿过不同的大气质量，其光谱分布不同。
工艺分析单元通过以上所述的可变光谱的测试设备测试，得到不同蓝光/红光比例条件下的电学性能，其最大功率点功率(Pmpp)在所有节电池电流匹配时达到最大。改变各节电池的光吸收层厚度或者禁带宽度从而调整太阳电池光吸收性能。工艺分析单元是根据太阳电池工艺编写的分析软件，安装在电脑上。其组成包括不同半导体材料非晶硅，微晶硅，硫铟铜，碲化铬，铜铟镓硒等薄膜的光吸收性能，太阳光谱的能量分布，制备非晶硅，微晶硅，硫铟铜，碲化铬，铜铟镓硒等薄膜的标准工艺参数。
具体地说，本发明涉及一种太阳电池检测装置，该装置包括光源、光源调整单元、太阳光谱数据库单元以及工艺分析单元，其特征在于：所述光源调整单元，用于调整从光源所发出的光中蓝光及红光的比例，从而模拟地球不同经度/维度地区的太阳光谱特点；太阳光谱数据库单元，将实际采集或经模拟计算得到的太阳光谱储存在计算机中，通过数据线与工艺分析单元相连接；工艺分析单元，包括电子负载、电流采样器、电压采样器、电流表、电压表，电流采样器(3)与待测太阳能电池相连、待测太阳能电池两端并和电压表(5)相连，电压表(5)与电压采样器(4)相连，电流表(6)与电流采样器(3)相连，将获得的数据与太阳光数据库单元的比对，通过调整各层电池材料的厚度及材料成分使组成太阳电池的各节电池达到电流平衡。光源为氙灯加卤素灯双光源组合，或者基于LED技术的三原色组合光源，或者多个氙灯聚焦光源。光源调整部分是在不改变入射光光强的条件下改变入射光的光谱分布，其实现方式主要为以下几种：(1)通过改变氙灯和卤素灯的电压，(2)改变三原色组合中各灯的电压，(3)通过不同颜色滤光片来改变氙灯单色光光源的光谱，(4)通过分光光度计。太阳光谱数据库是指地球不同纬度/经度地区的年平均太阳光谱，太阳光谱数据库以软件的方式安装在电脑上。太阳电池可以是单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体太阳电池等。所述的硅基薄膜太阳电池结构是非晶硅/非晶硅叠层或多层、非晶硅/微晶硅叠层或多层、非晶硅/非晶硅锗叠层或多层、或者以上各层的任意组合的多节结构。用光源调整单元调整从光源所发出的光中蓝光及红光的比例，从而模拟地球不同经度/维度地区的太阳光谱特点；建立太阳光谱数据库，并将其存储在计算机中；用电子负载、电流采样器、电压采样器与待测太阳能电池相连，将获得的电流、电压数据与太阳光数据库单元比对，再通过调整各层电池材料的厚度及材料成分使组成太阳电池的各节电池达到电流平衡。光源调整部分的调整是在不改变入射光光强的条件下改变入射光的光谱分布，其实现方式主要为以下几种：(1)通过改变氙灯和卤素灯的电压，(2)改变三原色组合中各灯的电压，(3)通过不同颜色滤光片来改变氙灯单色光光源的光谱，(4)通过分光光度计。太阳光谱数据库是指地球不同纬度/经度地区的年平均太阳光谱，其特征是综合分析不同地区的由于地理位置以及太阳高度角、海拔、气候条件建立全球各地年平均太阳光谱数据库，太阳光谱数据库以软件的方式安装在电脑上。所述太阳电池是单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池或化合物半导体太阳电池。
本发明的优点在于，将光伏电池的生产工艺过程与其实际应用地域相结合，使电池生产工艺更具目的性，使太阳电池的最终光电转换效率最大化。该发明所阐述的实现手段简单易行，对结果的分析快速准确，可行性强。
附图说明
附图1是本发明的一种太阳电池检测装置的结构示意图
附图2是太阳电池的等效电路图
附图3是实例1中调整灯压条件下的光谱分布
附图4是实例1中在不同光谱分布下太阳电池的功率差异
具体实施方式
实施例1
下面结合附图说明本发明的实施方式。
如附图1所示结构的检测装置，使用氙灯及卤素灯的组合作为入射光源，通过调整各灯的输入电压改变光谱中的蓝光/红光比例，调整后光谱分布情况如附图3所示。分别在这些不同光谱条件下测试A、B、C、D四块非晶/微晶叠层太阳电池组件，从结果中可以看出随着红光比例的增加，四块电池的功率也随之增加，如附图4所示。根据该测试结果我们可以判断，这四块电池如果用在红光较丰富的高纬度地区，需要增加其红光吸收层即微晶电池的厚度，以达到功率的最佳值。
Claims (10)
1.一种太阳电池检测装置，该装置包括光源、光源调整单元、太阳光谱数据库单元以及工艺分析单元，其特征在于：
所述光源调整单元，用于调整从光源所发出的光中蓝光及红光的比例，从而模拟地球不同经度/维度地区的太阳光谱特点；
太阳光谱数据库单元，将实际采集或经模拟计算得到的太阳光谱储存在计算机中，通过数据线与工艺分析单元相连接；
工艺分析单元，包括电子负载、电流采样器、电压采样器、电流表、电压表，电流采样器(3)与待测太阳能电池相连、待测太阳能电池两端并和电压表相连，电压表与电压采样器相连，电流表与电流采样器相连，将获得的数据与太阳光数据库单元的比对，通过调整各层电池材料的厚度及材料成分使组成太阳电池的各节电池达到电流平衡。
2.如权利要求1所述的装置，其中光源为氙灯加卤素灯双光源组合，或者基于LED技术的三原色组合光源，或者多个氙灯聚焦光源。
3.如权利要求1所述的装置，其中光源调整部分的特征是在不改变入射光光强的条件下改变入射光的光谱分布，其实现方式主要为以下几种：(1)通过改变氙灯和卤素灯的电压，(2)改变三原色组合中各灯的电压，(3)通过不同颜色滤光片来改变氙灯单色光光源的光谱，(4)通过分光光度计。
4.如权利要求1所述的装置，其中太阳光谱数据库是指地球不同纬度/经度地区的年平均太阳光谱，太阳光谱数据库以软件的方式安装在电脑上。
5.如权利要求1所述的太阳电池检测装置，其中，太阳电池可以是单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体太阳电池等。
6.如权利要求6所述的太阳电池检测装置，特征在于所述的硅基薄膜太阳电池结构是非晶硅/非晶硅叠层或多层、非晶硅/微晶硅叠层或多层、非晶硅/非晶硅锗叠层或多层、或者以上各层的任意组合的多节结构。
7.一种权利要求1所述的太阳电池检测装置的应用方法，其特征在于用光源调整单元调整从光源所发出的光中蓝光及红光的比例，从而模拟地球不同经度/维度地区的太阳光谱特点；建立太阳光谱数据库，并将其存储在计算机中；用电子负载、电流采样器、电压采样器与待测太阳能电池相连，将获得的电流、电压数据与太阳光数据库单元比对，再通过调整各层电池材料的厚度及材料成分使组成太阳电池的各节电池达到电流平衡。
8.如权利要求7所述的应用方法，其特征在于光源调整部分是在不改变入射光光强的条件下改变入射光的光谱分布，其实现方式主要为以下几种：(1)通过改变氙灯和卤素灯的电压，(2)改变三原色组合中各灯的电压，(3)通过不同颜色滤光片来改变氙灯单色光光源的光谱，(4)通过分光光度计。
9.如权利要求7所述的应用方法，其中太阳光谱数据库是指地球不同纬度/经度地区的年平均太阳光谱，其特征是综合分析不同地区的由于地理位置以及太阳高度角、海拔、气候条件建立全球各地年平均太阳光谱数据库，太阳光谱数据库以软件的方式安装在电脑上。
10.如权利要求7所述的应用方法，所述太阳电池是单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池或化合物半导体太阳电池。
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