空間三結太陽電池光譜響應測試儀器的製造方法
2023-06-03 11:54:31
空間三結太陽電池光譜響應測試儀器的製造方法
【專利摘要】本發明所述的太陽電池光譜響應測試儀器，包括單色激發光單元，在單色激發光單元的濾波片一側設置有積分球樣品臺單元，該積分球樣品臺單元通過光纖束連接有偏置光源單元，所述單色激發光單元通過電纜與電子信號放大處理單元和數據解析處理單元連接，所述偏置光源單元通過電纜與數據解析處理單元連接。該儀器一體化設計，採用積分球和樣品固定臺，可實現在太陽電池樣品的同一位置測定其外量子轉換效率和表面反射光的效率，消除了樣品測試位置產生的誤差，提高電池內量子轉換效率結果的準確度、重現性；另外此裝置簡單、故障率低、使用方便。本測試儀器還可與伏安測試儀表結合，可測試小面積電池樣品的光電轉換效率。
【專利說明】空間三結太陽電池光譜響應測試儀器
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體光伏、光學、微電子和機械應用技術，具體說，涉及新型三結太陽電池樣品測定條件的設定、偏置輔助光源和光電信號控制裝置。
【背景技術】
[0002]三結太陽電池光譜響應測試技術也是太陽電池的量子轉換效率測試中最為複雜的測試技術，它是測定多結太陽電池各子電池即各結在各個不同波長(顏色光)的可見光照射下、光能轉換成電能的效率，它能顯示電池的性能、質量、結構、製造工藝變化和材料質量變化等。太陽電池量子轉換效率一般指外量子轉換效率，即包含太陽電池表面反射光的效率，從外量子轉換效率中扣除太陽電池表面反射光的效率即可得到太陽電池內量子轉換效率；因此測試太陽電池的內量子轉換效率裝置需要測試太陽電池外量子轉換效率和增加一個積分球部件測其表面反射光的效率，然而目前商業化的此類儀器均不能在電池樣品的同一點上測定其外量子轉換效率和其表面反射光的效率，測試結果的誤差常超過100%。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種能夠提高測試準確度、精度和數據重現性等的太陽電池光譜響應測試儀器。
[0004]本發明所述的太陽電池光譜響應測試儀器，包括包括單色激發光單元和偏置輔助光源配合，在單色激發光單元的濾波片一側設置有積分球樣品臺單元，該積分球樣品臺單元通過光纖束連接有偏置光源單元，所述單色激發光單元通過電纜與電子信號放大處理單元和數據解析處理單元連接，所述偏置光源單元通過電纜與數據解析處理單元連接。
[0005]所述積分樣品臺單元是安裝在積分球架和測試樣品臺架上的空心積分球，在空心積分球上設置有光闌，狹縫，與狹縫相對地設有測試樣品窗口，其球上方設有測試反射光譜的探測器和在球內具有由拉杆控制其位置的反射鏡。
[0006]在空心積分球的下方還設置有備用測試樣品窗口。
[0007]所述測試樣品臺架上具有固定測試樣品的彈性夾。
[0008]在測試樣品臺架上還設置有標準電池臺架。
[0009]所述偏置光源單元包括設置在屏蔽機殼內、依次安裝在固定底座上的定位夾、聚光鏡、聚光物鏡、齒素燈光源、弧形反光鏡和反光鏡，在定位夾上安裝有位置可調節的聚光鏡，所述定位夾連接有穿過屏蔽機殼的光纖束，該光纖束的另一端連接有導入積分球內的固定夾具。
[0010]在屏蔽機殼內還設置有散熱器。
[0011]所述電子信號放大處理單元包括伏安轉換器和與其相連的鎖相放大器。
[0012]所述色激發光單元、積分球樣品臺單元和偏置光源單元設置在儀器整體屏蔽機殼內。
[0013]本發明所述測試儀器的偏置光源和積分球樣品固定臺可與伏安測試儀表結合，可用於測試小面積太陽電池樣品(小於15X15平方釐米)的光電轉換效率；該測試儀器一體化設計，採用新式積分球和樣品固定臺，可實現在太陽電池樣品的同一位置測定其外量子轉換效率和表面反射光的效率，從而能消除樣品測試位置產生的誤差，提高電池內量子轉換效率結果的準確度、重現性；另外此裝置簡單、故障率低、使用方便，並拓展了光伏器件測試技術的應用範圍和領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明所述太陽電池光譜響應測試儀器的結構示意圖；
[0015]圖2是圖1所示儀器的積分球樣品臺側視圖；
[0016]圖3是圖1所示儀器的偏置光源單元的結構示意圖，
[0017]圖4是本發明所述測試儀器的測試結果圖。
[0018]其中:1主光源，2斬波器、3單色儀，4濾波片輪、5積分球樣品臺單元、6偏置光源單元、7太陽電池樣品、8標準電池片、9伏安轉換器、10單色儀控制器、11鎖相放大器、12計算機系統、13儀器整體屏蔽機殼、14電纜、15單色激發光單元發射的光束、16光闌、17狹縫、18測試樣品窗口、19反射鏡拉杆、20測試反射光譜探測器、21測試樣品臺架、22反射鏡、23備用的測試樣品窗口、24積分球架、25瓦滷素燈、26弧形反光鏡、27線路配電盤、28聚光物鏡、29濾光片、30聚光鏡、31光束入射光纖束的定位夾具、32光纖束、33光纖束光導入積分球內的固定夾具、34偏置光源各元件固定底座及散熱器、35小功率偏置光源屏蔽機殼。
【具體實施方式】
[0019]參見圖1，本發明所述的太陽電池光譜響應測試儀器，包括單色激發光單元，在單色激發光單元的濾波片4 一側設置有積分球樣品臺單元5，該積分球樣品臺單元5通過光纖束23連接有偏置光源單元6，所述單色激發光單元通過電纜14與電子信號放大處理單元和數據解析處理單元連接，所述偏置光源單元6通過電纜14與數據解析處理單元連接。
[0020]所述單色激發光單元包括主光源1，單色儀3，與單色儀3連接的斬波器2，濾波片4和單色儀控制器10，主光源1設置在斬波器2的一側。主光源1的光線經過單色儀3，斬波器2和濾波片4後，提供激發樣品的斷續的單色光。
[0021]參見圖2，所述積分球樣品臺單元接收單色激發光單元發出的脈衝單色光束15，使單色激發光準確有效的激發樣品，並測定、採集樣品產生的信號。該積分樣品臺單元安裝在積分球架24和測試樣品臺架21上的空心積分球，在空心積分球上設置有光闌16，狹縫17，與狹縫17相對的球上設有測試樣品窗口 18，其球上方設有測試反射光譜的探測器20和在球內具有由拉杆19控制其位置的反射鏡22。
[0022]在空心積分球的下方還設置有備用測試樣品窗口 23，便於測試小面積的樣品。
[0023]所述測試樣品臺架21上具有固定測試樣品的彈性夾(未示出)。測試時，樣品位於測試樣品窗口 18處，由彈性夾固定。
[0024]在測試樣品臺架21上還設置有標準電池臺架，以便放置需測試的標準電池。
[0025]參見圖3，所述偏置光源單元6是提供輔助光、使樣品測試時在光照條件下進行。該偏置光源單元包括設置在屏蔽機殼35內、依次安裝在固定底座34上的定位夾31、聚光鏡29、聚光物鏡28、滷素燈光源25、弧形反光鏡26和反光鏡26，在定位夾31上安裝有位置可調節的聚光鏡30，所述定位夾31連接有穿過屏蔽機殼的光纖束32，該光纖束的另一端連接有導入積分球內的固定夾具33。
[0026]所述滷素燈光源25可以是二十五瓦的滷素燈，其光源發出的光線由兩片聚光鏡28,30聚光和濾光鏡29校正成AM1.5模擬太陽光光譜，然後將光束射入光纖束32，最後由光纖束32另一端導入積分球。
[0027]為了降低偏置光源單元的溫度，在屏蔽機殼35內還設置有散熱器。
[0028]所述電子信號放大處理單元是將測到的信號處理放大，包括伏安轉換器9和與其相連的鎖相放大器11。
[0029]所述數據解析處理單元是對測定的數據進行計算和解析，是由計算機系統12組成。
[0030]所述色激發光單元、積分球樣品臺單元5和偏置光源單元6設置在儀器整體屏蔽機殼內。
[0031]本發明提供的積分球樣品臺結構與普通樣品臺結構相比，該結構能夠在樣品的同一位置測定其外量子轉換效率和表面反射光的效率；在上述兩個效率測定中不需要變換樣品位置，因此減小了樣品測試位置上的誤差。
[0032]本發明提供的增設偏置光源太陽電池內量子轉換效率的測試裝置，與普通太陽電池內量子轉換效率的測試裝置相比，該太陽電池內量子轉換效率的測試裝置測定的樣品光電信號被增強，因此提高了測試結果的準確度、穩定性和重現性。
[0033]當測試太陽電池外量子轉換效率時，被測試的太陽電池樣品放置在測試樣品臺架21上，通過電纜與伏安轉換器9連接，位於積分球內的反射鏡22被拉杆19控制在積分球中心位置、經狹縫16和光闌17調整的光束可直接通過測試窗口 18照射到樣品上，可先後測試電池樣品的光譜響應曲線和標準電池的光譜響應曲線，然後可用計算機解析出測試太陽電池樣品的外量子轉換效率。
[0034]同樣，測試太陽電池表面反射效率時，被測試的太陽電池樣品通過電纜與伏安轉換器9連接，位於積分球內的反射鏡22被拉杆19控制在積分球中心位置，單色光射入積分球內與反射鏡面成45度入射角，被反射鏡反射到球體內壁、並均勻照射到被測試的太陽電池樣品的表面，被太陽電池樣品表面吸收而減弱了強度的反射光在積分球內經反射被探頭20檢測，測出太陽電池樣品的表面反射光譜，然後用計算機以此光譜曲線和上述測出的太陽電池樣品外量子轉換效率曲線解析出測試太陽電池樣品的內量子轉換效率。
[0035]圖4表示用本發明所述的太陽電池量子轉換效率的測試裝置對三結空間太陽電池片樣品進行測試的結果，橫坐標為照射太陽電池光的波長，縱坐標為不同波長單色光照射太陽電池後轉換成電子的效率，虛線表示此太陽電池的頂電池量子轉換效率的曲線，灰線表示此太陽電池的中電池量子轉換效率的曲線，實線表示此太陽電池的底電池量子轉換效率的曲線。由以上三個子電池測出的相應三條曲線上作成此空間太陽電池的量子轉換效率光譜，以此可定性定量的檢測出此三結空間太陽電池片製備工藝參數的誤差。
【權利要求】
1.太陽電池光譜響應測試儀器，包括單色激發光單元，其特徵是在單色激發光單元的濾波片(4) 一側設置有積分球樣品臺單元(5)，該積分球樣品臺單元(5)通過光纖束(23)連接有偏置光源單元(6)，所述單色激發光單元通過電纜(14)與電子信號放大處理單元和數據解析處理單元連接，所述偏置光源單元(6)通過電纜(14)與數據解析處理單元連接。
2.根據權利要求1所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是所述積分樣品臺單元安裝在積分球架(24)和測試樣品臺架(21)上的空心積分球，在空心積分球上設置有光闌(16)，狹縫(17)，與狹縫(17)相對地設有測試樣品窗口(18)，其球上方設有測試反射光譜的探測器(20)和在球內具有由拉杆(19)控制其位置的反射鏡(22)。
3.根據權利要求2所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是在空心積分球的下方還設置有備用測試樣品窗口(23)。
4.根據權利要求3所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是所述測試樣品臺架21上具有固定測試樣品的彈性夾。
5.根據權利要求4所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是在測試樣品臺架(21)上還設置有標準電池臺架。
6.根據權利要求1至5所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是所述偏置光源單元(6)包括設置在屏蔽機殼(35)內、依次安裝在固定底座(34)上的定位夾(31)、聚光鏡(29)、聚光物鏡(28)、滷素燈光源(25)、弧形反光鏡(26)和反光鏡(26),在定位夾(31)上安裝有位置可調節的聚光鏡(30)，所述定位夾(31)連接有穿過屏蔽機殼的光纖束(32)，該光纖束的另一端連接有導入 積分球內的固定夾具(33)。
7.根據權利要求6所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是在屏蔽機殼(35)內還設置有散熱器。
8.根據權利要求7所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是所述電子信號放大處理單元包括伏安轉換器(9)和與其相連的鎖相放大器(11)。
9.根據權利要求6所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是所述色激發光單元、積分球樣品臺單元(5)和偏置光源單元(6)設置在儀器整體屏蔽機殼(13)內。
10.根據權利要求7所述的太陽電池光譜響應測試儀器，其特徵是所述色激發光單元、積分球樣品臺單元(5)和偏置光源單元(6)設置在儀器整體屏蔽機殼(13)內。
【文檔編號】H02S50/10GK103633934SQ201210297531
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月21日 優先權日:2012年8月21日
【發明者】範強 申請人:範強