CN107369633A - 基于太阳能电池光电转换能力的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于太阳能电池光电转换能力的检测装置，包括：激光器，用于输出供太阳能电池吸收的光源；振镜，用于根据控制信号改变激光在X－Y平面的偏转方向；场镜，用于均匀化激光，以及调节其与太阳能电池之间的距离控制太阳能电池形成光斑的大小；电流记录仪，用于记录光斑在扫描中所对应的光电流；计算机，与振镜的控制端相连，用于输入控制信号与控制光斑的移动轨迹；还用于根据光斑的移动轨迹与光电流，生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。本发明还提供一种基于太阳能电池光电转换能力的检测方法。本发明不仅极大的提升了扫描速度，缩短了扫描时间，还简化了检测装置的复杂程度，降低了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池检测技术领域，特别是涉及一种基于太阳能电池光电转换能力的检测装置及方法。
背景技术
人类社会当下正处在从高碳经济向低碳经济转型的过程中。能源是现代人类社会发展的首要前提条件，而太阳能取之不尽，用之不竭，是对环境无任何污染的新型可再生能源的首选。充分利用太阳能是解决未来能源短缺，保护环境，降低释放温室效应气体，防止全球变暖的有效途径。
太阳能作为一种非常重要的可再生能源日益受到人们的关注，但是太阳能电池在制备过程中需要一些表征手作为反馈，指导我们制备出性能优异的器件。实验室常用的测试包括：电流－电压(I－V)曲线测量，外量子效率(EQE)测量，以及用来表征形貌的扫描电子显微镜(SEM)与原子力显微镜(AFM)。但是这些表征手段不能实时反映一个完整光电器件中各个区域的光电转换能力。光生电流(LBIC)测试作为一种原位无损检测技术已经逐渐被用来跟踪太阳能电池各个区域的光电转换能力。LBIC检测是一束光经过一组光学透镜，将光束聚焦在待检测器件上，利用光电器件的光电转换性能，实时收集光束照射位置的光电流，利用步进电机带动器件移动，实现对整个太阳能电池的面扫描。
然而，如今的LBIC检测技术存在两大弊端：第一、扫描速度慢和扫描范围小，由于采用步进电机来带动器件移动，因此扫描速度和扫描范围就受限于步进电机的行进速度与导轨的导程。二、不利于产业化在线检测，由于太阳能电池板移动来实现对整个太阳能电池的扫描，因此需要大批器材跟着移动，会增加设备的复杂程度以及消耗更多的能源。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于太阳能电池光电转换能力的检测装置及方法，用于解决现有技术中采用LBIC检测技术检测光电转换能力，检测效率低与检测范围小的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于太阳能电池光电转换能力的检测装置，包括：
激光器，用于输出供太阳能电池吸收的光源；
振镜，与所述激光器的输出端相连，用于根据控制信号改变激光在X－Y平面的偏转方向；
场镜，与所述振镜的输出端相连，用于均匀化所述激光，以及调节其与太阳能电池之间的距离控制所述太阳能电池形成光斑的大小；
电流记录仪，与所述太阳能电池相连，用于记录光斑在扫描中所对应的光电流；
计算机，与所述振镜的控制端相连，用于输入控制信号与控制光斑的移动轨迹；与所述电流记录仪的输出端相连，还用于控制光斑的移动轨迹与接收光电流，生成所述太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。
本发明的另一目的在于提供一种基于太阳能电池光电转换能力的检测方法，包括：
步骤1，调节振镜控制光斑沿X轴正方向扫描太阳能电池，记录光斑移动轨迹所对应的光电流，生成第一组数据；
步骤2，调节振镜控制光斑沿Y轴方向移动预设的位移量Δy，使光斑沿X轴反方向扫描太阳能电池，记录光斑在X轴反方向移动时所产生的光电流，生成第二组数据；
步骤3，继续控制光斑沿Y方向移动预设的位移量Δy，重复步骤1至2直到扫描完太阳能电池，生成多组数据；
步骤4，将多组数据按顺序对应光斑的移动轨迹生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。
本发明的还一目的在于提供一种基于太阳能电池光电转换能力的检测方法，包括：
步骤1，调节振镜控制光斑沿X轴正方向扫描太阳能电池，记录光斑移动轨迹所对应的光电流，生成第一组数据；
步骤2，调节振镜控制光斑沿Y轴方向移动预设的位移量Δy，使光斑沿X轴反方向扫描太阳能电池，记录光斑在X轴反方向移动时所产生的光电流，生成第二组数据；
步骤3，继续控制光斑沿Y方向移动预设的位移量Δy，重复步骤1至2直到扫描完太阳能电池，生成多组数据；
步骤4，按照太阳能电池的规格建立光电转换模型，其中，按照预设的位移量Δy将光电转换模型分成多个区域的光电转换模块，将实时生成的每组数据与光斑的移动轨迹输入到对应区域的光电转换模块生成太阳能电池的光电转换图。
如上所述，本发明提供的一种基于太阳能电池光电转换能力的检测装置及方法，具有以下有益效果：
相比现有的太阳能电池光电转换能力的检测装置，通过采用激光振镜替换步进电机进行扫描，不仅极大的提升了扫描速度，缩短了扫描时间，还简化了检测装置的复杂程度，降低了能耗；相比现有的太阳能电池光电转换能力的检测方法，本方法可以自动生成光电转换图，无需人工介入，方便控制与操作。
附图说明
图1显示为本发明提供的一种基于太阳能电池光电转换能力的检测装置结构示意图；
图2显示为本发明提供的一种基于步进电机扫描钙钛矿太阳能电池的光电转换图；
图3显示为本发明提供的一种基于太阳能电池光电转换能力的检测方法第一实施例流程图；
图4显示为本发明提供的一种基于太阳能电池光电转换能力的检测方法第二实施例流程图；
图5显示为本发明提供的一种基于太阳能电池光扫描流程图。
元件标号说明：
1 激光器
2 振镜
3 X扫描镜
4 Y扫描镜
5 场镜
6 太阳能电池
7 电流记录仪
8 计算机
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，在说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1，为本发明提供的一种基于太阳能电池光电转换能力的检测装置结构示意图，包括：
激光器1，用于输出供太阳能电池6吸收的光源；
其中，该激光包括红外激光(红外波段的激光)到紫外激光(紫外波段的激光)，主要需要匹配太阳能电池的吸收波段，方便太阳能电池能够吸收该波段范围内的激光。
振镜2，与所述激光器的输出端相连，用于根据控制信号改变激光在X－Y平面的偏转方向；
其中，所述振镜包括X扫描镜3、Y扫描镜4与驱动放大器，所述驱动放大器的输入端连接所述计算机，所述驱动放大器的输出端分别连接X扫描镜3、Y扫描镜4；通过计算机输出控制信号，具体调节X4扫描镜、Y扫描镜4分别偏转的方向，从而控制激光在X－Y平面的偏转方向。
场镜5，与所述振镜的输出端相连，用于均匀化所述激光，以及调节其与待检测太阳能电池之的距离控制所述太阳能电池形成光斑的大小；
其中，所述场镜为激光扫描聚焦镜，主要用于使经振镜输出的激光由非均匀变得均匀化，即能够将振镜偏转的非均匀光以均匀化汇聚成一束极窄光束；同时调节场镜与待检测太阳能电池之间的距离，可用于控制扫描光斑的大小，来实现扫描精度。
电流记录仪7，与所述太阳能电池6相连，用于记录光斑在扫描中所对应的光电流；
其中，电流记录仪记录光斑在太阳能电池表面上移动的轨迹(扫描轨迹)的光电流。
计算机8，与所述振镜2的控制端相连，用于输入控制信号与控制光斑的移动轨迹；与所述电流记录仪7的输出端相连，还用于控制光斑的移动轨迹与接收光电流，生成所述太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。
在本实施例中，采用上述装置利用光电器件的光电转换能力，采用激光对太阳能进行扫描，即光斑从电池一端扫描到另一端，记录太阳能电池各个区域的光电流数据，计算机绘制出太阳能电池光电转换能力与其对应位置(为光斑的移动轨迹)的3D图像，如，计算机中配置绘图软件(Origin)可生成该3D图像。
请参阅图2，为本发明提供的一种基于步进电机扫描钙钛矿太阳能电池的光电转换图，详述如下：
如图所示，X轴、Y轴分别为光斑在太阳能电池上横向、纵向所对应的位置，Z轴为在对应位置的电流数值(光电转换能力)。从图可知，能够清晰判断出太阳能电池在各个区域的光电转换能力，从电流大小可直接确定该区域器件的质量。通过定位到光电流比较大的区域(凸起区域)，结合其它表征手段对该区域进行深入研究，对于制备性能优异的器件有深远影响；同样地，通过定位图中光电流比较低的区域(下凹区域)，将其当作负反馈，可在太阳能电池制备过程中避免出现这种状况，也能指导器件的制备。而使用步进电机进行扫描，扫描范围只有3.75*3.75mm2，电池的有效面积为3.00*3.00mm2，而且扫描花费的时间需要75分钟。
同理，采用图1中的检测装置，使用激光振镜扫描面积为3.00*3.00mm2太阳能电池，假如光斑直径为30微米，而如今市面上激光振镜的扫描速度可到达5万个点每秒，扫描整个太阳能电池理论上只需0.2秒，扫描的效率远远大于步进电机扫描装置。另外，扫描范围也相对灵活，可适应不同尺寸的太阳能电池，如果使用动态聚焦振镜，扫描范围能够进一步增加。本装置的优点主要在于提高了扫描速度，简化了装置复杂程度，降低了能耗，能够对太阳能电池实现快速高效的在线无损检测。
请参阅图3，为本发明提供一种基于太阳能电池光电转换能力的检测方法，包括：
步骤301，调节振镜控制光斑沿X轴正方向扫描太阳能电池，记录光斑移动轨迹所对应的光电流，生成第一组数据；
其中，在执行步骤1之前，调节场镜与待检测太阳能电池之间的距离，控制扫描光斑的大小达到预设要求。通过计算机输入控制指令，调节激光输出到到太阳能电池的光斑的移动轨迹，其中，X轴的正方向可以为在X轴上从左至右的顺序，也可为在X轴上从右至左的顺序，经振镜输出的激光穿过激光扫描聚焦镜在太阳能电池上表面形成光斑，而光斑在X轴方向的移动轨迹扫描时，电流记录仪记录扫描时的光电流，根据正方向第一次扫描的光电流数据为第一组数据。
步骤302，调节振镜控制光斑沿Y轴方向移动预设的位移量Δy，使光斑沿X轴反方向扫
描太阳能电池，记录光斑在X轴反方向移动时所产生的光电流，生成第二组数据；
其中，位移量Δy是根据用户需求进行设定，位移量Δy的取值越小所对应的太阳能电池的光电转换的分辨率越高，即精确度越高；在扫描有效面积为3.00*3.00mm2的太阳能电池时，一般位移量Δy取值范围为30～50微米，在此优选30微米，以确保光电转换图的分辨率。而Y轴所对应纵向(向上移动或向下移动)的位移量Δy时，电流记录仪不会记录在Y轴方向上光斑移动轨迹所对应的光电流(位移量位移量Δy主要是为了控制扫描精度)，而只记录光斑在X轴方向扫描时的光电流。
步骤303，继续控制光斑沿Y方向移动预设的位移量Δy，重复步骤1至2直到扫描完太阳能电池，生成多组数据；
其中，按照上述方式扫描完整个太阳能电池，生成多组数据。
步骤304，将多组数据按顺序对应光斑的移动轨迹生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。
具体地，该步骤可有两种方式将收集的多组数据生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。第一种，将多组数据按奇偶划分为两类数据，由于光斑沿X轴正方向与反方向扫描时所对应的数据不同步，将两类数据各自按扫描方向分别对应光斑的移动轨迹生成两幅太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。而两幅3D形式的光电转换图对应来看，可相互验证，确定光电转换图的准确性。
第二种，将多组数据按奇偶划分为两类数据，颠倒其中一类扫描方向相反的数据的顺序与另一类数据相同合并为同类数据，即两类数据变换为同方向扫描对应的数据(同类数据)，将同类数据按排列顺序对应光斑的移动轨迹生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图，相比第一种方式得到的各个区域位置的光电转换图具有更高的分辨率。
另外，采集所有数据后再生成各个区域位置的光电转换图，得到的光电转换图效果更精确，分辨率更高。
请参阅图4，为本发明提供一种基于太阳能电池光电转换能力的检测方法，包括：
步骤401，调节振镜控制光斑沿X轴正方向扫描太阳能电池，记录光斑移动轨迹所对应的光电流，生成第一组数据；
步骤402，调节振镜控制光斑沿Y轴方向移动预设的位移量Δy，使光斑沿X轴反方向扫描太阳能电池，记录光斑在X轴反方向移动时所产生的光电流，生成第二组数据；
步骤403，继续控制光斑沿Y方向移动预设的位移量Δy，重复步骤1至2直到扫描完太阳能电池，生成多组数据；
上述步骤301至303参照图3中描述，在此不一一赘述。
步骤404，按照太阳能电池的规格建立光电转换模型，其中，按照预设的位移量Δy将光电转换模型分成多个区域的光电转换模块，将实时生成的每组数据与光斑的移动轨迹输入到对应区域的光电转换模块生成太阳能电池的光电转换图。
在本实施例中，根据太阳能电池大小、尺寸与电量等参数建立光电转换模型，根据预设的位移量Δy分割光电转换模型成多个区域的光电转换模块，根据光斑的移动轨迹的坐标系确定每组数据对应到光电转换模型中哪个区域的光电转换模块，使光电转换模型单个区域的光电转换模块逐步显示光电转换图(3D图像)。相比图3的方式，无需得到扫描完整个太阳能电池后的多组数据才能生成太阳能电池的光电转换图，可实时根据生成的每组数据将其投入到光电转换模型，得到每个区域实时的太阳能电池的光电转换图，满足检测的实时性。而采用图3与图4中检测方法无需人工参与，方便控制与操作。
综上所述，相比现有的太阳能电池光电转换能力的检测装置，通过采用激光振镜替换步进电机进行扫描，不仅极大的提升了扫描速度，缩短了扫描时间，还简化了检测装置的复杂程度，降低了能耗；相比现有的太阳能电池光电转换能力的检测方法，本方法可以自动生成光电转换图，无需人工介入，方便控制与操作。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种基于太阳能电池光电转换能力的检测装置，其特征在于，包括：
激光器，用于输出供太阳能电池吸收的光源；
振镜，与所述激光器的输出端相连，用于根据控制信号改变激光在X－Y平面的偏转方向；
场镜，与所述振镜的输出端相连，用于均匀化所述激光，以及调节其与太阳能电池之间的距离控制所述太阳能电池形成光斑的大小；
电流记录仪，与所述太阳能电池相连，用于记录光斑在扫描中所对应的光电流；
计算机，与所述振镜的控制端相连，用于输入控制信号与控制光斑的移动轨迹；与所述电流记录仪的输出端相连，还用于控制光斑的移动轨迹与接收光电流，生成所述太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。
2.根据权利要求1所述的基于太阳能电池光电转换能力的检测装置，其特征在于，所述光源包括从红外波段到紫外波段供太阳能电池吸收波长范围内的激光。
3.根据权利要求1所述的基于太阳能电池光电转换能力的检测装置，其特征在于，所述振镜包括X扫描镜、Y扫描镜与驱动放大器，所述驱动放大器的输入端连接所述计算机，所述驱动放大器的输出端分别连接X扫描镜、Y扫描镜。
4.根据权利要求1所述的基于太阳能电池光电转换能力的检测装置，其特征在于，所述场镜为激光扫描聚焦镜。
5.一种采用权利要求1至4中任意一项所述的基于太阳能电池光电转换能力的检测装置的检测方法，包括：
步骤1，调节振镜控制光斑沿X轴正方向扫描太阳能电池，记录光斑移动轨迹所对应的光电流，生成第一组数据；
步骤2，调节振镜控制光斑沿Y轴方向移动预设的位移量Δy，使光斑沿X轴反方向扫描太阳能电池，记录光斑在X轴反方向移动时所产生的光电流，生成第二组数据；
步骤3，继续控制光斑沿Y方向移动预设的位移量Δy，重复步骤1至2直到扫描完太阳能电池，生成多组数据；
步骤4，将多组数据按顺序对应光斑的移动轨迹生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。
6.根据权利要求5所述的基于太阳能电池光电转换能力的检测方法，其特征在于，所述步骤4，将多组数据按顺序对应光斑的移动轨迹生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图，包括：
将多组数据按奇偶划分为两类数据，将两类数据按时间顺序分别对应光斑的移动轨迹生成两幅太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。
7.根据权利要求5所述的基于太阳能电池光电转换能力的检测方法，其特征在于，所述步骤4，将多组数据按顺序对应光斑的移动轨迹生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图，包括：
将多组数据按奇偶划分为两类数据，颠倒其中一类数据的顺序与另一类数据相同合并为同类数据，将同类数据按排列顺序对应光斑的移动轨迹生成太阳能电池关于各个区域位置的光电转换图。
8.一种采用权利要求1至4中任意一项所述的基于太阳能电池光电转换能力的检测装置的检测方法，包括：
步骤1，调节振镜控制光斑沿X轴正方向扫描太阳能电池，记录光斑移动轨迹所对应的光电流，生成第一组数据；
步骤2，调节振镜控制光斑沿Y轴方向移动预设的位移量Δy，使光斑沿X轴反方向扫描太阳能电池，记录光斑在X轴反方向移动时所产生的光电流，生成第二组数据；
步骤3，继续控制光斑沿Y方向移动预设的位移量Δy，重复步骤1至2直到扫描完太阳能电池，生成多组数据；
步骤4，按照太阳能电池的规格建立光电转换模型，其中，按照预设的位移量Δy将光电转换模型分成多个区域的光电转换模块，将实时生成的每组数据与光斑的移动轨迹输入到对应区域的光电转换模块生成太阳能电池的光电转换图。
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| CN112452953A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-09 | 哈尔滨工大焊接科技有限公司 | 智能激光清洗工作头 |
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