CN105610401B - 一种太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置及方法，该装置包括密封箱体；箱体顶部设有风扇，箱体外表面设有温度光照控制器，箱体内部自上而下依次设有模拟光源和样品测量台；模拟光源包括氙灯、设置在氙灯正下方的滤光片和与氙灯错开设置的金属卤素灯；样品测量台包括滑动支架、样品温度检测器和位于滑动支架上的总辐射表；总辐射表上设有由普通加厚玻璃层、太阳能晶硅光伏电池片样品层和光伏高透玻璃层组成的样品辐射体，光伏高透玻璃层正对模拟光源；滑动支架与箱体下部内壁设置的固定滑轨滑动配合。该装置及方法能够提供一种稳定的环境，稳定的光照、温度和湿度，确保达到精确的、理想的测试结果。
Description
技术领域
本发明涉及电池片的光致衰减技术领域，具体涉及一种太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置及方法。
背景技术
30多年前，H.Fischer and W.Pschunder等人首次观察到P型(掺硼)晶体硅太阳电池的初始光致衰减现象，其初始光致衰减机理如图1所示。随后人们对此进行了大量的科学试验，近年来，科学研究发现光致衰减现象与硅片中的硼氧浓度有关，大家基本一致的看法是：光照或电流注入导致硅片中的硼和氧形成硼氧复合体，从而使少子寿命降低，但通过退火处理后，少子寿命又可以回复，其认可的可能反应为：
太阳能晶硅光伏电池片前期需要光致衰减稳定，并从国内或国外计量校准机构进行溯源，然后用于太阳能模拟器校准和量值传递的工作。现有解决太阳能晶硅光伏电池片光致衰减问题的技术多是采用太阳能电池片光致衰减装置对太阳能电池片进行光致衰减，该技术较常用的自然光下对太阳能电池片进行光致衰减具有光源稳定性好、对太阳能电池片的损伤较小等优势，得到越来越广泛的应用。例如：中国专利ZL 200920314223.X公开的太阳能电池片衰减装置，它主要包括衰减箱，所述的衰减箱为密封结构，其顶部设有光源，所述光源下方设有电池放置板，该电池放置板通过滑动结构设置在衰减箱内。该装置可将太阳能电池片置于密封结构内，从而可避免吸潮氧化，防止功率衰减，另一方面可采用稳定性好的光源从而使得太阳能电池片所测试出来的电性能也更高稳定。中国专利ZL201420520606.3公开了一种太阳能电池片衰减装置，包括三层的光衰柜体、卤钨灯组、风扇和控制卤钨灯组光照时长的灯组定时控制装置，所述光衰柜体由上至下分为第一层、第二层以及第三层，所述卤钨灯组和所述风扇设置在第一层的顶面和侧壁，第一层与第二层由耐高温玻璃板隔开，第二层与第三层之间的隔板为电池片放置板；该装置通过卤钨灯组和温度控制装置，保证衰减温度及光强稳定性，使得光衰强度及温度符合衰减要求，通过氮气填充及散热装置，以减少电池片衰减过程中电池片不被氧化，提高了电池片产品品质，可应用于电池片制造中检验测试工序，以验证电池片衰减程度。现有的太阳能电池片光致衰减装置的模拟光源均采用单一的光源如节能灯、白炽灯、卤素灯或者氙灯等中的一种，这些单一光源的光谱与我国现行标准的校准光谱的匹配度较低，导致太阳能电池片光致衰减时间长、稳定性较差、不能有效保证电池效率测试的准确性。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置，其可以高质量、快速地达到理想的光致衰减效果。
一种太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置，包括密封的箱体；所述箱体的顶部设有风扇，所述箱体的外表面设有温度光照控制器，所述箱体内部自上而下依次设有模拟光源和样品测量台；所述模拟光源包括氙灯、设置在氙灯正下方的滤光片和与氙灯错开设置的金属卤素灯；所述样品测量台包括滑动支架、样品温度检测器和位于滑动支架上的总辐射表；所述总辐射表上设有由普通加厚玻璃层、太阳能晶硅光伏电池片样品层和光伏高透玻璃层组成的样品辐射体，所述普通加厚玻璃层紧挨总辐射表，所述光伏高透玻璃层正对模拟光源；所述滑动支架与箱体下部内壁设置的固定滑轨滑动配合。
所述装置通过氙灯(做为主灯)和金属卤素灯(作为辅助灯)的双灯设计，可以将氙灯红外段的光谱优化的更好，再通过滤光片的优化，可以将光谱匹配度做到B级以上，且各波段的匹配度更好。
为了达到更好的效果，作以下优选：
所述光伏高透玻璃层的玻璃毛面向着模拟光源，玻璃光面正对太阳能晶硅光伏电池片样品，光致衰减稳定性更好、电池效率测试的准确性更高。所述光伏高透玻璃和普通加厚玻璃均可采用市售产品。进一步优选，所述光伏高透玻璃的透光率大于等于93％；所述普通加厚玻璃的厚度为3mm-6mm。
所述金属卤素灯位于滤光片下方，与氙灯错开设置，可以得到匹配度更好的模拟光源。
所述总辐射表又称天空辐射表，是用来测量水平面上，在2π立体角内所接收到的太阳或光源直接辐射和散射太阳或光源辐射之和的总辐射(短波)。所述总辐射表的外边缘设有若干个固定块，用于对样品辐射体进行固定，主要是对样品辐射体上层的光伏高透玻璃层进行固定，防止滑动支架移动时上层光伏高透玻璃滑动造成电池片的损坏。进一步优选，所述总辐射表为圆形，在总辐射表的四个角分别设置固定块，用于对光伏高透玻璃层进行2边4点定位。
所述滑动支架的一端设有拉手，便于将样品测量台拉出。
所述箱体的底部设有风扇。所述风扇可采用风冷风扇，数量可设置为多个，最好在箱体的顶部和/或底部均匀分布，能有效控制电池片的光照温度。所述箱体顶部的风扇可包括用于给模拟光致衰减装置中的电气部分散热的电控柜风冷风扇和用于给箱体内部测量空间散热的系统风冷风扇。
所述箱体侧壁在靠近样品测量台的部分还可以设置防尘散热片，能有效控制电池片的光照温度。
所述箱体上设有检修窗口和工作窗口，维护工作更便捷。
所述温度光照控制器可采用TEMI990温度光照控制器，可实现预约等智能控制。
所述样品温度检测器可采用Pt100样品温度检测器，以提高检测准确度。
所述样品测量台还包括样品温度控制器，可采用红外传感器(IR Sensor)温度控制器。
本发明还提供了一种采用所述的太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置进行太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减方法，该方法准确度高、操作简便快速。
一种太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减方法，包括步骤：
(1)将太阳能晶硅光伏电池片样品作为中间层用普通加厚玻璃和光伏高透玻璃叠压电池片，得到样品辐射体；
(2)将样品辐射体放置在所述总辐射表上，使普通加厚玻璃层紧挨总辐射表，光伏高透玻璃层正对模拟光源；
(3)打开模拟光源对太阳能晶硅光伏电池片样品进行光照，保持累计辐照量为60kWh；
(4)拉出样品测量台，将样品冷却至室温。
为了达到更好的效果，作以下优选：
步骤(3)中，光照时通过温度光照控制器调节温度和光照，保持样品温度在50℃±10℃，光照强度在1000W/m2±50W/m2。
本发明的有益效果：
本发明太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置及方法，采用双灯法设计、模拟自然光，通过氙灯(做为主灯)和金属卤素灯(作为辅助灯)的双灯设计，可以将氙灯红外段的光谱优化的更好，再通过滤光片的优化，可以将光谱匹配度做到B级以上，且各波段的匹配度更好；其样品测量台工作移动方便，能进行系统温度的控制和对样品温度的检测，采用双层玻璃“叠压”法，将电池片采用两块玻璃进行“排列-夹击”，可有效保护电池片的安全，防止电池片出现氧化、缺角、污染和内部隐裂等缺陷。该装置及方法操作便捷，能够提供一种稳定的环境，稳定的光照、温度和湿度，确保达到精确的、理想的测试结果。该装置及方法，目前已正式投入使用半年多，能有效保证太阳能光伏电池标片模拟自然光光致衰减的稳定、可靠和有效保证电池效率测试的准确性，较大地节约了光致衰减实验的时间。
附图说明
图1为本发明太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置的结构示意图；
图2为本发明太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置的三维结构示意图；
图3为图1中模拟光源的结构示意图；
图4为图1中样品测量台的结构示意图；
图5为图1中样品辐射体的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1-5所示，本发明太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置，包括密封的箱体1；箱体1的顶部设有风扇2，箱体1的外表面设有温度光照控制器3，箱体1内部自上而下依次设有模拟光源4和样品测量台5；模拟光源4包括氙灯6、设置在氙灯6正下方的滤光片7和与氙灯6错开设置的金属卤素灯8；样品测量台5包括滑动支架9、样品温度检测器10和位于滑动支架9上的总辐射表11；总辐射表11上设有由普通加厚玻璃层12、太阳能晶硅光伏电池片样品层13和光伏高透玻璃层14组成的样品辐射体15，普通加厚玻璃层12紧挨总辐射表11，光伏高透玻璃层14正对模拟光源4；滑动支架9与箱体1下部内壁设置的固定滑轨16滑动配合。
该装置通过氙灯6(做为主灯)和金属卤素灯8(作为辅助灯)的双灯设计，可以将氙灯6红外段的光谱优化的更好，再通过滤光片7的优化，可以将光谱匹配度做到B级以上，且各波段的匹配度更好。
光伏高透玻璃层14的玻璃毛面向着模拟光源4，玻璃光面正对太阳能晶硅光伏电池片样品层13，光致衰减稳定性更好、电池效率测试的准确性更高。光伏高透玻璃和普通加厚玻璃均可采用市售产品。进一步优选，光伏高透玻璃层14的透光率大于等于93％；普通加厚玻璃层12的厚度为3mm-6mm。
金属卤素灯8位于滤光片7下方，与氙灯6错开设置，可以得到匹配度更好的模拟光源4。例如，可设置四个氙灯6、四个滤光片7和两个金属卤素灯8。
总辐射表11的外边缘设有若干个固定块17，用于对样品辐射体15进行固定，主要是对样品辐射体15上层的光伏高透玻璃层14进行固定，防止滑动支架9移动时上层光伏高透玻璃滑动造成电池片的损坏。进一步优选，总辐射表11为圆形，在总辐射表11的四个角分别设置一固定块17，用于对光伏高透玻璃层14进行两边四点定位。
滑动支架9的一端设有拉手18，便于将样品测量台5拉出。
箱体1的底部设有风扇2。风扇2可采用风冷风扇，数量可设置为多个，最好在箱体1的顶部和/或底部均匀分布，能有效控制电池片的光照温度。箱体1顶部的风扇2可包括用于给模拟光致衰减装置中的电气部分散热的电控柜风冷风扇和用于给箱体内部测量空间散热的系统风冷风扇。
箱体1侧壁在靠近样品测量台5的部分还可以设置防尘散热片19，能有效控制电池片的光照温度。
箱体1上设有检修窗口和工作窗口，维护工作更便捷。
温度光照控制器3可采用TEMI990温度光照控制器，可实现预约等智能控制。
样品温度检测器10可采用Pt100样品温度检测器，以提高检测准确度。
样品测量台5还包括样品温度控制器20，可采用红外传感器(IR Sensor)温度控制器。
该装置的光照区域为1m×1.3m，一次性可以模拟光致衰减48片电池片。
以上海计量测试技术研究院提供的校准验证数据为A级，模拟光源光谱匹配度的测量验证数据参见下表1：
表1
实施例2
电池片在进行模拟自然光光致衰减时，应≥2.5天，总的要求至少累计辐照量为60kWh，辐照度和温度数据通过实施例1中装置的总辐射表11、Pt100样品温度检测器的温度探头提供，可以确保模拟自然光光致衰减的条件达到要求。即：样品温度(50±10)℃，光照强度(1000±50)W/m2。电池片模拟自然光光致衰减前后需用太阳模拟器进行电性能的测试，总的光致衰减量应符合标准要求，同时与户外自然光光致衰减的衰减量相同，单晶应小于3％、多晶应小于2％，电池片外观应没有氧化、缺角、污染和内部隐裂等。
采用实施例1中模拟光致衰减装置进行太阳能晶硅光伏电池片标片模拟自然光的光致衰减：
(1)将太阳能晶硅光伏电池片样品作为中间层用普通加厚玻璃和光伏高透玻璃叠压电池片，得到样品辐射体15；
(2)将样品辐射体15放置在总辐射表11上，使普通加厚玻璃层12紧挨总辐射表11，光伏高透玻璃层14正对模拟光源4；
(3)打开模拟光源4对太阳能晶硅光伏电池片样品进行光照，保持累计辐照量为60kWh；光照时通过温度光照控制器3调节温度和光照，保持样品温度在50℃±10℃，光照强度在1000W/m2±50W/m2。
(4)拉出样品测量台5，将样品冷却至室温。
对编号为1-6的太阳能多晶晶硅光伏电池片标片进行模拟光致衰减，对编号为11-16的太阳能多晶晶硅光伏电池片标片进行自然光光致衰减，将模拟光致衰减与自然光光致衰减进行对比，2种方法均采用60kWh的辐照量，自然光光致衰减约使用了1个月的衰减周期，模拟光致衰减约使用了2.5天的衰减周期。总的效率衰减趋势一致，差异约为0.01％，从而得到了科学的验证，验证数据参见下表2所示：
表2多晶电池片模拟光衰与自然光衰的数据对比
另外，对单晶、多晶产品进行了模拟自然光光致衰减，衰减量也均符合要求，见下表3所示：
表3单晶电池片、多晶电池片模拟自然光光致衰减数据
结论：本发明太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置及方法，与户外自然光光致衰减的衰减量一致，同时单晶衰减量小于3％、多晶衰减量小于2％，且电池片外观也没有氧化、缺角、污染和内部隐裂等缺陷，达到了理想的效果。
本发明太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置及方法能够提供一种稳定的环境，稳定的光照、温度和湿度，确保达到精确的、理想的测试结果。该装置及方法，目前已正式投入使用半年多，能有效保证太阳能光伏电池标片模拟自然光光致衰减的稳定、可靠和有效保证电池效率测试的准确性，较大地节约了光致衰减实验的时间。
Claims (7)
1.一种太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减装置，包括密封的箱体；其特征在于：所述箱体的顶部设有风扇，所述箱体的外表面设有温度光照控制器，所述箱体内部自上而下依次设有模拟光源和样品测量台；所述模拟光源包括氙灯、设置在氙灯正下方的滤光片和与氙灯错开设置的金属卤素灯；所述样品测量台包括滑动支架、样品温度检测器和位于滑动支架上的总辐射表；所述总辐射表上设有由普通加厚玻璃层、太阳能晶硅光伏电池片样品层和光伏高透玻璃层组成的样品辐射体，所述普通加厚玻璃层紧挨总辐射表，所述光伏高透玻璃层正对模拟光源；所述滑动支架与箱体下部内壁设置的固定滑轨滑动配合，所述滑动支架的一端设有拉手；所述箱体的底部设有风扇，箱体侧壁在靠近样品测量台的部分设有防尘散热片；所述光伏高透玻璃的透光率大于等于93％；所述普通加厚玻璃的厚度为3mm-6mm；
采用本模拟光致衰减装置进行太阳能晶硅光伏电池片的模拟光致衰减方法，包括下述步骤：
(1)将太阳能晶硅光伏电池片样品作为中间层用普通加厚玻璃和光伏高透玻璃叠压电池片，得到样品辐射体；
(2)将样品辐射体放置在所述总辐射表上，使普通加厚玻璃层紧挨总辐射表，光伏高透玻璃层正对模拟光源；
(3)打开模拟光源对太阳能晶硅光伏电池片样品进行光照，保持累计辐照量为60kWh；
(4)拉出样品测量台，将样品冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的模拟光致衰减装置，其特征在于：所述光伏高透玻璃层的玻璃毛面向着模拟光源，玻璃光面正对太阳能晶硅光伏电池片样品。
3.根据权利要求1所述的模拟光致衰减装置，其特征在于：所述金属卤素灯位于滤光片下方，与氙灯错开设置。
4.根据权利要求1所述的模拟光致衰减装置，其特征在于：所述总辐射表的外边缘设有若干个固定块。
5.根据权利要求4所述的模拟光致衰减装置，其特征在于：所述总辐射表为圆形，在总辐射表的四个角分别设置固定块。
6.根据权利要求1所述的模拟光致衰减装置，其特征在于：所述样品测量台还包括样品温度控制器。
7.根据权利要求1所述的模拟光致衰减装置，其特征在于，步骤(3)中，光照时通过温度光照控制器调节温度和光照，保持样品温度在50℃±10℃，光照强度在1000W/m2±50W/m2。
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