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1、第三章太阳能曲的测试光伏效应外部负敦TF卑佯太阳电池发电原理示意图太阳电池的表征参数光电流心 结正向电流Id负载R、如果忽略太阳电池的串联电阻足,5 即为太阳电池的端电压匕即1短路电流:当太阳电池的输出端短路时，V=o (VD=0),得:影响囚索：面积、光强、温度2开路电压:当太阳电池的输出端开路时，/=0,得:、+ 1丿负载伏-安特性曲线如图所示影响因素：光强.温度.材料特性Voc voRaae3填充因子(FF)：最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比FF =4转换效率(q):太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能几之比太阳电池测试通过模拟太阳灯光照射到电池片 表面测试太阳电池的
2、 电性能参数丿1light source approximates/w airmass 1.5computerLjcontrolledpower sourcetemperature controlled testing block Axes cell temperature at 25C光强：1000W/m2 光谱分布：AM 1.5 电池温度：25C3. 1太阳模拟器一、概述太阳电池是将太阳能转变成电能的半导体器件，从应 用和研究的角度来考虑，其光电转换效率、输出伏安特性 曲线及参数是必须测量的，而这种测量必须在规定的标准 太阳光下进行才有参考意义。如果测试光源的特性和太阳 光相差很远，则测得
3、的数据不能代表它在太阳光下使用时 的真实情况，甚至也无法换算到真实的情况，考虑到太阳 光本身随时间、地点而变化，因此必须规定一种标准阳光 条件，才能使测量结果既能彼此进行相对比较，又能根据 标准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能 参数。二、太阳辐射的基本特性1辐照度通常称为“光强”，即入射到单位面积上的光功率，单位 是 W/m?或 mW/cm2。对空间应用，规定的标准辐照度为1367W/m2,对地面应 用，规定的标准辐照度为1000 W/m2o实际上地面阳光和很 多复杂因素有关，这一数值仅在特定的时间及理想的气候和 地理条件下才能获得。地面上比较常见的辐射照度是在 600-900
4、W/m2范围内，除了辐照度数值范围以外，太阳辐射 的特点之一是其均匀性，这种均匀性保证了同一太阳电池方 阵上各点的辐照度相同。2 光谱分布太阳电池对不同波长的光具有不同的响应，就是说辐照度 相同而光谱成分不同的光照射到同一太阳电池上，其效果是不 同的，太阳光是各种波长的复合光，它所含的光谱成分组成光 谱分布曲线，而且其光谱分布也随地点、时间及其它条件的差 异而不同，在大气层外情况很单纯，太阳光谱几乎相当于 6000K的黑体辐射光谱，称为AM0光谱。在地面上，由于太阳 光透过大气层后被吸收掉一部分，这种吸收和大气层的厚度及 组成有关，因此是选择性吸收，结果导致非常复杂的光谱分布。 而且随着太阳天
5、顶角的变化，阳光透射的途径不同吸收情况也 不同。所以地面阳光的光谱随时都在变化。因此从测试的角度 来考虑，需要规定一个标准的地面太阳光谱分布。目前国内外 的标准都规定，在晴朗的气候条件下，当太阳透过大气层到达 地面所经过的路程为大气层厚度的15倍时，其光谱为标准地 面太阳光谱，简称AM1.5标准太阳光谱。此时太阳的天顶角为 48.19。，原因是这种情况在地面上比较有代表性。3 发光强度发光强度简称光强，国际单位是candela （坎德拉）简写 cdo 1cd是指单色光源（频率540X1012H乙 波长0.550微米） 的光，在给定方向上的单位立体角内发出的光强度，光源辐 射是均匀时，则光强为匸
6、F/Q, Q为立体角，单位为球面度 （sr） .F为光通量,单位是流明,对于点光源由l=F/4。地面标准阳光条件是具有1000 W/m2的照度，AM1.5的太阳光谱以及足够好的均匀性和稳定性，这样的标准阳光在室外能找到的机会很少，而太阳电池又必须在这种条件下测 量，因此，唯一的办法是用人造光源来模拟太阳光，即所谓 太阳模拟器。三、太阳模拟器分类 1 稳态太阳模拟器 2 脉冲式太阳模拟器UXL-S150M0短弧氤灯类型定义优点缺点适合稳态工作时输出的辐 照度稳定不变连续照射 稳定 标准太阳光光学系统和 供电系统复 杂庞大制造小面积 太阳模拟器脉冲毫秒量级脉冲发 光瞬间功率大采集系统复杂大面积测量
7、模拟器光源电光源结构特征缺点备注卤光灯卤光灯加 水膜光谱和日光差别大，红 外线含量大，紫外线含量少，色温2300K,3cm水膜滤除部分 红外线，无法补充 紫外线简易型冷光灯卤鸽灯加 介质膜反射镜对红外线透明， 其他光线反射，色温 3400K灯寿命短，50H简易型佩灯鼠灯加滤 光片光谱接近日光，但红外 线多些，用滤光片滤掉光斑不均匀，电路 复杂，价格贵，光 学积分设备复杂， 有效面积难做大精密太阳 能模拟器脉冲氤灯脉冲氤灯短时间光强强，光谱特 征比稳态鼠灯好，可以 得到大面积均匀光斑3.2太阳模拟器光学特性检测1辐照不均匀度的检测辐照不均匀度是对测试平面上不同点的辐照度而言的，当辐 照度不随时间
8、改变时：辐照不均匀度=土（最大辐照度一最小辐照度）/ （最大辐照度+最小辐照度）X100%在测量单体电池时，辐照不均匀度应使用不超过待测电池 面积1/4的检测电池来检测。在测量组件时，应使用不超过待测 组件面积1/10的检测电池来检测。2 辐照不稳定度的检测测试平面上同一点的辐照度随时间改变时：辐照不稳定度=土（最大辐照度一最小辐照度）/ （最大辐照度+最小辐照度）3 光谱失配误差计算光谱失配误差二丄码.“山一心“仏一 式中：碍冲1.5（兄）Fs,AM1.5（几）分别是被测电池（T）和标准电池（S）在AM1.5状态下的相 对光谱电流，即光谱电流i）与短路电流I之比：iAM 15（几）&砒1.5
9、（久）=f ./八八J /7砒15（几）ZT,AW1.5（）T.AM 1.5FS.AM 1.5 W =S./W 15（几）f h.AM 1.5 （免）应（S/W15（2）S.AM 1.5B（k）-1定义为光谱，表示太阳模拟器光谱辐照度esim（X）和AM1.5的光谱辐照度eAML5（k）的相对偏差.0 咖 S）一= BS）-I 即： B（2） = %）e I.5eAM 1.5（）两种特殊情况下光谱失配误差消失：一种是太阳模拟 器光谱和标准太阳光谱完全一致；另一种是被测太阳电池 的光谱响应和标准太阳电池的光谱响应完全一致。这两种 情况都难以严格实现，后一种更难实现，因为待测电池是 多种多样的。为
10、了改善光谱匹配，最好的方法是设计光谱分布和标准 太阳光谱非常接近的精密型太阳模拟器。33测试原理测试太阳电池的电性能可归结为测量它的伏安特性。必 须在统一规定的标准测试条件下进行测量或将测量结果换 算为标准测试条件，才能鉴定太阳电池电性能的优劣。标准测试条件：标准太阳光（标准光谱和标准辐照度）、 标准测试温度使用模拟阳光时，光谱取决于电光源的种类和滤光、反光系统 辐照度可以用标准太阳电池短路电流的标定值来校准。为了减少光谱失配误差，模拟阳光的光谱应尽量接近标准阳 光光谱，或选用和被测量电池光谱响应基本相同的标准太阳 电池。测量电池IV特性的原理3.4电性测试条件1 测试项目(I )开路电压v(
11、2 )短珞电流I(3)長仕工作乜压V.(4 )最住工作电流I.(5 )我大钞出功率P.(6)光电转换敢率n(7 )填充因子FF(8)伏安特性曲线或伏安特性(9 )短路电洼温喪系数4 简称电流温度系数(10)产;洛电压溫度系数卩，简称电压性良系数(11 )内部串联电阻R,(12 )内部并获电阻Ro2 电性能标准测试条件 地面标准阳光光谱采用AM1.5标准阳光光谱o 地面阳光的总辐照度规定为100() W/m2o 标准测试温度规定为25OC。对定标测试，标准测试温度的允许差为+lCo对非定标测试, 标准测试温度允许差为+2。(3。如受客观条件所限，只能在非标准条件下进行测试，则必 须将测量结果换算
12、到标准测试条件。3测量仪器与装置(1) 标准太阳电池标准太阳电池用于校准测试光源的辐照度。对AM1.5工作标准太阳电池作定标测试时，用AM1.5二级标准太阳电池 校准辐射度。在非定标测试中，一般用AM1.5工作标准校准辐照度，要求高时用 AM1.5二级标准太阳电池。(2) 电压表电压表的精度应不低于0.5级。内阻不低于20kWo(3) 电流表电流表的精度应不低于0.5级。被测电池两端的电压不超过开路电压的3%。(4) 取样电阻取样电阻的精确度应不低于0.2%.必须采用四端精密电阻电池短路电流和取样电阻值的乘积应不超过电池开路电压的3%。(5)负载电阻负载电阻应能从零平滑地调节到10KC以上。必
13、须有足够的功率容量，以保 证在通电测量时不会因发热而影响测量精度。当可变电阻不能满足上述条件时, 应采用尊效的电子可变负载。(6) 函数记录仪函数记录仪有于记录太阳电池的伏安特性曲线。函数记录仪的精密应不低于05 级。对函数记录仪内阻的要求和对电压表内阻的要求相同。(7) 温度计温度计或测温系统的仪器误差应不超过+0.5C测量系统的时间响应不超过1秒。 测量探头的体积和形状应保证它能尽量靠近太阳电池的pn结安装。(8) 室内测试光源辐照度、辐照和均匀度、稳定度、准直性及光谱分布均应符合一定的要求。所规定的测试项目中，开路电压和短路电流可以用电直接测量:，其它参数从伏安 特性求出。4. 基本测试
14、方法开路电压和短路电流可以通过电表直接测量，其他参数从伏 安特性求出、 太阳电池的伏安特性应在标准条件下、标准地面阳光、太 阳模拟器或者其他等效的模拟阳光下测量。测量过程中，单体太阳电池的测试温度必须恒定在标准测试温度。模拟阳光的辐照度只能用标准太阳电池来校准，不采用其他辐射测量仪表。用校准辐照度的标准太阳电池应和待测太阳电池具有基本 相同的光谱响应，5. 从非标准测试条件换算到标准测试条件如果受客观条件限制，只能在非标准条件下测量, 则测试结果应转换为STC条件。电流和电压换算公式：当测试温度、辐照度和标准测试条件不一致时，可用 以下换算公式校正到标准测试条件：/2 = /! + /5C 令丄一 1 +a（T2 -T）MR _匕=叫 _ RsgKI2J2-Tx）+ fl（T2 - 7；）11、待校IE f】7特性曲线6勺座标点12、 2 ：校王后 W)特生M线的对应座标，也g：所沁试电池。勺悠跑电流.U :标進电池在实测条件下的短烙电流:测试温虔T2 :标准测试溫LRs :所测电池的内邪串联电阻K :曲线校正丙子，一致可取KI. 25xlO_5Q/(a：斫凋电也在标准辅照度下、以及在斫焉的温度范因内的短略电沆温良系教，P：和上述短:电沆迢忆系数相対应的开賂电压渥皮系
