[发明专利]一种太阳能电池的光谱响应值测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的测量技术，尤其涉及一种太阳能电池的光谱响应值测量系统及方法。

背景技术

研发、应用、生产太阳能电池都须对太阳能电池的性能进行测试。目前对太阳能电池的测试主要包括I-V特性测试、光谱响应度测试、反射率测试及均匀性测试等。而评价太阳能电池性能最重要的两个指标是光电转换效率与量子效率。光电转换效率通过对太阳能电池进行I-V特性测试得到，而量子效率则是通过进行光谱响应度测试得到。太阳能电池(光电材料)光谱响应测试，或称量子效率QE(Quantum Efficiency)测试，或光电转化效率IPCE(Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency)测试等，广义来说，就是测量太阳能电池(光电材料)的光电特性在不同波长光照条件下的数值，所谓光电特性包括：光生电流、光导等。量子效率QE(Quantum Efficiency)和光电转化效率IPCE(Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency)是指太阳能电池(光电材料)产生的电子-空穴对数目与入射到太阳能电池(光电材料)表面的光子数目之比。目前在太阳能电池生产线只有I-V特性测试可以实现在线测试。而量子效率(QE)或光谱响应度测试由于目前已有的测试技术无法满足在线测试的需求，只能用于离线抽检。本发明是针对于产线应用开发的一种快速在线光谱响应测试技术。

用各种波长不同的单色光分别照射太阳能电池时，由于光子能量不同以及太阳能电池对光的反射、吸收、光生载流子的收集效率等因素，在辐照度相同的条件下会产生不同的短路电流。以所测得的短路电流密度与辐照度之比即单位辐照度所产生的短路电流密度与波长的函数关系来测绝对光谱响应，以光谱响应的最大值进行归一化的光谱响应来测相对光谱响应。

光谱响应特性包含了太阳能电池的许多重要信息，同时又与测试条件有密切关系。本标准规定，当用单色光测量太阳能电池的光谱响应时一般都要在模拟阳光的偏置光照射下进行侧量，利用给定的阳光光谱辐照度和按照规定正确测得的绝对光谱响应数据，能够计算出标准条件下太阳能电池的短路电流密度：

Jsc(AMN)＝∫PAMN(λ)·Sa(λ)dλ

式中：PAMN(λ)——给定标准条件下大气质量为N的太阳光谱辐照度，W/m2·μm；Sa(λ)——太阳能电池绝对光谱响应，A/w；λ为波长；Jsc(AMN)是太阳能电池的短路电流密度。

如图1所示，为现有技术太阳能电池光谱响应测量原理示意图。先用偏置光照射太阳能电池，以模拟太阳能电池的正常工作状态，偏置光强度可调以模拟不同的工作条件；再用各种波长不同的单色光分别照射太阳能电池板，由于光子能量，发射吸收特性，光生载流子的收集效率等的不同，产生不同的短路电流。由于偏置光是直流信号而单色光是被斩波的交流信号，再通过交直流分离系统，就可以所测得单色光的短路电流密度和辐照度之比，即单位辐照度产生的短路电流密度，与波长的函数关系得到相对光谱响应。再通过系统标配的标准电池通过对比法测试就可得到绝对光谱响应。偏置光对光谱响应的影响程度随太阳能电池的类型不同而不同。经过实验证明偏置光对光谱响应没有明显影响的太阳能电池，测量时可以不加偏置光。

如图2所示，为一种现有技术太阳能电池的光谱响应值测量系统示意图，其中，21——测试光源，22——斩波器，23——消二级光谱滤光片，24——单色仪，25——太阳能电池，26——电流电压转换器，27——锁相放大器，28——计算机，29——偏置光源。光源经斩波器调制后通过可调过单色仪分光后输出单色光照射至太阳能电池上。另一个光源做为偏置光直接照射到太阳能电池上。单色仪通过衍射光栅或棱镜将光源输出的复色光分光，然后通过转动光栅或棱镜选择输出不同波长的单色光。单色光与偏置光照射到太阳能电池上产生的电流经过电流电压转换器，将太阳能电池的短路电流转换为电压信号，然后进入锁相放大器。锁相放大器将频率锁定在斩波器的调制频率后，将单色光产生的信号进行放大后由计算机读取得到太阳能电池的光谱响应值。但被测太阳能电池在测试过程中必须固定在测试样品台面，测试速度较慢，只能实现离线测试。