測量多結光伏電池量子效率的方法和設備的製作方法
2023-07-19 10:42:16
專利名稱：測量多結光伏電池量子效率的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能的電利用技術領域，涉及一種測量多結光伏電池量子 效率的方法和設備。技術背景為提高光伏電池的光電轉換效率，充分地利用太陽輻射能，採用多結 型光伏電池是一種行之有效的途徑。 一般以高能隙半導體材料作為光進入 的前結來吸收短波段太陽光譜並增加其開路電壓，而以低能隙半導體材料 作為後結來增強對太陽光譜中長波段的吸收，從而增強光電流。在雙結非 晶矽半導體光伏電池中，人們有時也應用同能隙材料做前、後結，減半各 單結電池中的光電流(同時產生雙倍的開路電壓)來降低非晶矽材料的光 衰變特性，從而提高穩定的光電轉換效率。在多結結構的光伏電池中，各結以串聯方法相連接，因此總輸出光電流 是受制於光電流最小的那一結，即電流限制結。為使總輸出光電流最大，各 結產生的光電流應達到平衡。而每一級輸出的光電流密度是該結的量子效率 和太陽光譜的巻積。所以測量構成多結光伏電池的各單結量子效率在多結結 構的光伏電池生產控制中是非常重要的，但在多結光伏電池中各結以串聯方 法相連接，現有的測量方法和測量設備只能對整體光伏電池的量子效率進行 測量，尚沒有一種可以有效測量多結光伏電池中各單結量子效率的方法和設備O發明內容本發明的目的是提供一種測量多結光伏電池中量子效率的方法和設備， 可以有效測量多結光伏電池中的單結量子效率。本發明提供的測量多結光伏電池量子效率的方法是:將被測多結光伏電 池放在由單色儀產生單色光的光路上，用紅色發光二極體作為色光偏置照在 被測的多結光伏電池上，用單色光做探測光，進行太陽光譜的全波段掃描， 測量前結的量子效率，再用藍色發光二極體作為色光偏置照在被測的多結光 伏電池上，用單色光做探測光，進行太陽光譜的全波段掃描，測量後結的量 子效率，測量時使被測多結光伏電池處於正向偏壓，使處於負電壓偏置狀態 下的被測量結(即電流限制結)回到總電壓偏置為零的狀態。本發明提供了實施上述方法的測量設備，該測量設備由計算機、單色儀、鎖相放大器組成，將被測多結光伏電池的輸出接鎖相放大器的信號輸入 端，鎖相放大器的輸出送入計算機，計算機控制單色儀的工作，其特點是設 備上還有由計算機控制的色光偏置驅動電路和接在驅動電路中的紅色與藍 色發光二極體。本發明提供的測量多結光伏電池量子效率的方法，首先用紅色發光二極 管作為偏置光照在被測的多結光伏電池上，造成電池的前結為電流限制結， 此時用單色光做探測光，進行太陽光譜的全波段掃描，即可測得前結的量子效率QE前(入)。再以藍色發光二極體作為偏置光，造成後結電池為電流 限制結，再用單色光做探測光，進行太陽光譜的全波段掃描，就可得到後結 的量子效率QE後(X )。然後分別按下式計算前後結的光電流密度^(:前=/ QE前(入)(T ( X ) dX JSC後-J QE後(入)cj ( X ) dX 其中C7 ( X)是標準太陽光譜。 因為在多結結構的光伏電池中，各結以串聯方法相連接，因此總輸出光 電流密度是受制於光電流最小的那一結，即電流限制結。測量時使被測多結 光伏電池處於正向偏壓，使處於負電壓偏置狀態下的被測量結(即電流限制 結)回到總電壓偏置為零的狀態，有效地去除了擴散電流的影響，保證了測 量結果的正確。本發明提供了實施上述方法的測量設備，該測量設備的全部測量過程由 計算機控制。將裝有被測多結光伏電池的樣品架，放置在單色儀的光路上， 由單色儀發射的單色光應覆蓋被測電池的表面。由計算機向單色儀發出啟動 信號，單色儀啟動的同時計算機向色光偏置驅動電路發出驅動信號，首先點 亮紅色發光二極體，紅色發光二極體發出的紅光照在被測光伏電池表面，此 時單色儀按太陽光譜進行全波段掃描，被測光伏電池產生的電信號經鎖相放 大器放大後送入計算機，由計算機在程序的控制下進行數據處理，並繪製前 結量子效率的光譜響應曲線和計算前結的短路電流密度；當此次全波段掃描 結束時，由計算機向色光偏置驅動電路發出控制信號，熄滅紅色發光二極體， 點亮藍色發光二極體，藍色發光二極體發出的藍光照在被測光伏電池表面， 此時單色儀再次按太陽光譜進行全波段掃描，被測光伏電池產生的電信號經 鎖相放大器放大後送入計算機，由計算機在程序的控制下進行數據處理，並 繪製後結量子效率的光譜響應曲線和計算後結的短路電流密度。本發明提供了一種測量多結光伏電池中量子效率的方法，巧妙地利用了"在多結結構的光伏電池中，各結以串聯方法相連接，因此總輸出光電流是 受制於光電流最小的那一結，即電流限制結"的特點，^^別利用紅色和藍色 發光二極體做色光偏置，用單色光進行全波段掃描，紅色發光二極體做色光偏置時，造成前結為電流限制結，測多結光伏電池的前結量子效率；藍色發 光二極體做色光偏置時，造成後結為電流限制結，測多結光伏電池的後結量 子效率，本發明提供了一種有效測量多結光伏電池中的單結量子效率的方 法。解決了現有的測量方法只能對整體光伏電池的量子效率進行測量，尚沒 有一種可以有效測量各單結的量子效率方法的問題。本發明所提供的實施這種測量方法的設備，在原有測量整體光伏電池量 子效率設備的基礎上，增加了由計算機控制的色光偏置驅動電路和接在驅動 電路中的紅色與藍色發光二極體。採用紅色和藍色發光二極體作色光偏置， 發光二極體電光轉換效率高，只需消耗幾十毫安的電流，就可產生足夠的光 強，形成色光限制結；使用發光二極體所需的驅動電路簡單，發光二極體小 巧、輕便，十分容易直接安裝在被測光伏電池前端，而不擋住單色探測光， 發光二極體具有單色性好、使用壽命長的優點，該測量設備有效地解決了現 有測量設備只能測量整體多結光伏電池的量子效率，無法測量多結光伏電池 的單結量子效率的問題，本發明所提供的測量設備採用發光二極體作為輔助 光源提供色光偏置，從而獲得多結型光伏電池中單結的量子效率，進而指導 工藝優化的方向，平衡諸單結的電流，最終達到提高多結型光伏電池的光電 轉換效率的目的。
圖1為實施本發明所提供的測量多結光伏電池量子效率方法的測量設 備結構示意圖；圖2為色光偏置驅動電路一個實施例的電路圖；圖3為用本發明所提供的的測量多結光伏電池量子效率方法和測量設 備測量光伏電池前結和後結量子效率的光譜響應圖。圖1、圖2中1、計算機，2、單色儀，3、鎖相放大器，4、色光偏 置驅動電路，5、被測光伏電池，6、樣品架，LED1:紅色發光二極體，LED2: 藍色發光二極體，Rh R2:電阻，Vl、 VT2:場效應管。圖3中I:前結量子效率的光譜響應曲線，n:後結量子效率的光譜響應曲線，HI:前、後結量子效率和的光譜響應曲線。
具體實施方式
下面結合
本發明的實施。圖1為實施本發明所提供的測量多結 光伏電池量子效率方法的測量i殳備結構示意圖。由圖可知實施本發明所提 供的測量多結光伏電池量子效率方法的測量設備由計算機l，單色儀2，鎖 相放大器3，色光偏置驅動電路4，紅色、藍色發光二極體LEDh LED2組 成。將裝有被測多結光伏電池5的樣品架6，放置在單色儀2的光路上，由 單色儀2發射的單色光應覆蓋被測多結光伏電池5的表面。將被測多結光伏 電池5的輸出接鎖相放大器3的信號輸入端，鎖相放大器3的輸出送入計算 機1 ，計算機控制單色儀2和色光偏置驅動電路4的工作。圖2為色光偏置 驅動電路4一個實施例的電路圖。由圖可知由兩隻場效應管VTi、 VT2和 兩隻限流電阻Rh R2構成驅動電路的兩個分支，紅、藍色發光二極體LEDh LED2接在驅動電路兩個分支上，由限流電阻&接低壓電源後依次接紅色發 光二極體LEA和場效應管VT\構成驅動電路的一個分支；由限流電阻R2 接低壓電源後依次接藍色發光二極體LED2和場效應管VT2串接構成驅動電 路的另一個分支，場效應管VTh VT2的柵極接計算機的串口。下面簡單說 明本發明所提供測量多結光伏電池量子效率的測量設備的工作過程。當計算 機向單色儀發出啟動信號的同時計算機向色光偏置驅動電路4發出驅動信 號，首先在程序的控制下接通計算機的串口和場效應管V^的柵極，由計算 機的串口向場效應管VT\的柵極發送5V的電平信號，場效應管VTi導通點 亮紅色發光二極體LEDi，發出的紅光照在被測光伏電池表面，此時單色儀 按太陽光譜進行全波段掃描，被測光伏電池產生的電信號由經鎖相放大器放 大後送入計算機，由計算機在程序的控制下進行數據處理，並繪製前結量子 效率的光譜響應曲線和計算前結的短路電流密度；當此次全波段掃描結束 時，由計算機在程序的控制下切斷計算機的串口和場效應管VTi柵極的通 道，熄滅紅色發光二極體LEDb在程序的控制下接通計算機的串口和場效 應管VT2的柵極，由計算機的串口向場效應管VT2的柵極發送5V的電平信 號，場效應管VT2導通點亮藍色發光二極體LED2，發出的藍光照在被測光 伏電池表面，此時單色儀再次按太陽光譜進行全波段掃描，被測光伏電池產 生的電信號經鎖相放大器放大後送入計算機，由計算機在程序的控制下進行 數據處理，並繪製後結量子效率的光譜響應曲線和計算後結的短路電流。整 個測量過程都應使被測多結光伏電池處於正向偏壓，使處於負電壓偏置狀態 下的被測量結(即電流限制結)回到總電壓偏置為零的狀態。該實施例色光 偏置驅動電路中的場效應管VTh VT2採用IRF530。圖3為用本發明所提供的測量多結光伏電池量子效率設備測量光伏電池前結和後結量子效率的光譜響應圖，其中曲線i為前結量子效率的光譜響應曲線，曲線n為後結量 子效率的光譜響應曲線，曲線m為前、後結量子效率和的光譜響應曲線。此次測量前結的光電流密度JSCl-5.38mA/m 後結的光電流密度JSC2=6.43 mA/m2。此測量數據表示多結光伏電池的前、後結電流不平衡，還需進行工 藝調整平衡諸單結的電流，最終達到提高多結型光伏電池的光電轉換效率的 目的。
權利要求
1. 一種測量多結光伏電池量子效率的方法，其特徵是將被測多結光伏電池放在由單色儀產生單色光的光路上，用紅色發光二極體作為色光偏置照在被測的多結光伏電池上，用單色光做探測光，進行太陽光譜的全波段掃描，測量前結的量子效率，再用藍色發光二極體作為色光偏置照在被測的多結光伏電池上，用單色光做探測光，進行太陽光譜的全波段掃描，測量後結的量子效率，測量時使被測多結光伏電池處於正向偏壓，使處於負電壓偏置狀態下的被測量結回到總電壓偏置為零的狀態。
2、 一種測量多結光伏電池量子效率的設備，由計算機、單色儀、鎖相 放大器組成，將被測多結光伏電池的輸出接鎖相放大器的信號輸入端，鎖相 放大器的輸出送入計算機，計算機控制單色儀的工作，其特徵是設備上還有 由計算機控制的色光偏置驅動電路和接在驅動電路中的紅色與藍色發光二 極管。
全文摘要
本發明屬於太陽能的電利用技術領域，涉及一種測量多結光伏電池量子效率的方法和設備。測量方法是分別用紅色LED和藍色LED作為色光偏置照在被測的多結光伏電池上，用單色光做探測光，進行太陽光譜的全波段掃描，測量前、後結的量子效率。測量設備由計算機、單色儀、鎖相放大器、LED驅動電路和接在驅動電路中的紅色LED與藍色LED組成，將被測多結光伏電池的輸出電信號由鎖相放大器放大後送入計算機，由計算機控制單色儀和LED驅動電路。本發明所提供的測量方法和設備有效地解決了測量多結光伏電池中的單結量子效率的問題。
文檔編號G01R31/36GK101266170SQ20081001583
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月24日 優先權日2008年4月24日
發明者孫嵩泉, 寧海洋, 毅 羅, 陳良範 申請人:蚌埠市普樂新能源有限公司