太陽能電池的測試

1、3.13.1太陽模擬器太陽模擬器3.1.1概述 太陽電池是將太陽能轉(zhuǎn)變成電能的半導體器件，從應用和研究的角度來考慮，其光電轉(zhuǎn)換效率、輸出伏安特性曲線及參數(shù)是必須測量的，而這種測量必須在規(guī)定的標準太陽光下進行才有參考意義。如果測試光源的特性和太陽光相差很遠，則測得的數(shù)據(jù)不能代表它在太陽光下使用時的真實情況，甚至也無法換算到真實的情況，考慮到太陽光本身隨時間、地點而變化，因此必須規(guī)定一種標準陽光條件，才能使測量結(jié)果既能彼此進行相對比較，又能根據(jù)標準陽光下的測試數(shù)據(jù)估算出實際應用時太陽電池的性能參數(shù)。3.1.2太陽輻射的基本特性太陽輻射的基本特性3.1.2.1幾個描述光的物理概念：（1）發(fā)光強度）發(fā)

2、光強度 按照1979年第16屆國防計量會議（CGPN）確定，以坎德拉（cd）為發(fā)光強度的計量單位?？驳吕且还庠丛诮o定的方向上的光強度，該光源發(fā)出頻率為5401012Hz的光學輻射，且在此方向上的輻射強度為1/683WSr-1（2）光通量）光通量 光通量的單位是流明（lm），它用來計量所發(fā)出的總光量，發(fā)光強度為1cd的點光源，向周圍空間均勻發(fā)出4流明的光能量。 （3）光強度）光強度 指照射于一表面的光強度，它用勒克斯（lx）作為單位，當1lm光通量的光強射到1m2面積上時，該面積所受的光照度（簡稱照度）就是1lx。（4）輻射度）輻射度 通常稱為光強，即入射到單位面積上的光功率，單位是W/m2或

3、mw/cm2。 3.1.2.2輻照度及其均勻性 對空間應用，規(guī)定的標準輻照度為1367w/m2（另一種較早的標準規(guī)定為1353 w/m2），對地面應用，規(guī)定的標準輻照度為1000 w/m2。實際上地面陽光和很多復雜因素有關，這一數(shù)值僅在特定的時間及理想的氣候和地理條件下才能獲得。地面上比較常見的輻射照度是在600900 w/m2范圍內(nèi)，除了輻照度數(shù)值范圍以外，太陽輻射的特點之一是其均勻性，這種均勻性保證了同一太陽電池方陣上各點的輻照度相同。3.1.2.3光譜分布 太陽電池對不同波長的光具有不同的響應，就是說輻照度相同而光譜成分不同的光照射到同一太陽電池上，其效果是不同的，太陽光是各種波長的復合

4、光，它所含的光譜成分組成光譜分布曲線，而且其光譜分布也隨地點、時間及其它條件的差異而不同，在大氣層外情況很單純，太陽光譜幾乎相當于6000K的黑體輻射光譜，稱為AMO光譜。在地面上，由于太陽光透過大氣層后被吸收掉一部分，這種吸收和大氣層的厚度及組成有關，因此是選擇性吸收，結(jié)果導致非常復雜的光譜分布。而且隨著太陽天頂角的變化，陽光透射的途徑不同吸收情況也不同。所以地面陽光的光譜隨時都在變化。因此從測試的角度來考慮，需要規(guī)定一個標準的地面太陽光譜分布。目前國內(nèi)外的標準都規(guī)定，在晴朗的氣候條件下，當太陽透過大氣層到達地面所經(jīng)過的路程為大氣層厚度的1.5倍時，其光譜為標準地面太陽光譜，簡稱AM1.5標

5、準太陽光譜。此時太陽的天頂角為48.19，原因是這種情況在地面上比較有代表性。 綜上所述，標準地面陽光條件具有1000 w/m2的輻照度，AM1.5的太陽光譜以及足夠好的均勻性和穩(wěn)定性，這樣的標準陽光在室外能找到的機會很少，而太陽電池又必須在這種條件下測量，因此，唯一的辦法是用人造光源來模擬太陽光，即所謂太陽模擬器。321輻照不均勻度的檢測32太陽模擬器某些光學特性的檢測太陽模擬器某些光學特性的檢測輻照不均勻度輻照不均勻度（最大輻照度最小輻照度）（最大輻照度最小輻照度）/（最大輻照度最小輻照度）（最大輻照度最小輻照度）100在測量單體電池時，輻照不均勻度應使用不超過待測電池面積1/4的檢測電池

6、來檢測。在測量組件時，應使用不超過待測組件面積1/10的檢測電池來檢測。332輻照不穩(wěn)定的檢測輻照不穩(wěn)定度輻照不穩(wěn)定度（最大輻照度最小輻照度）（最大輻照度最小輻照度）/（最大輻照度最小輻照度）（最大輻照度最小輻照度）333光譜失配誤差計算光譜失配誤差光譜失配誤差=05 . 1,5 . 1,1)()()(dBFFAMSAMTdiIdiIIidiiFIidiiFAMSAMSAMTAMTAMSAMSAMSAMSAMSAMTAMTAMTAMTAMT)(,)()()()()()()()()(5 . 1,5 . 1,5 . 1,5 . 1,5 . 1,5 . 1,5 . 1,5 . 1,5 . 1,5 .

7、 1,5 . 1,5 . 1,5 . 1,5 . 1,)(5 . 1,AMSF式 中： 分別是被測電池（T）和標準電池（S）在AM1.5狀態(tài)下的相對光譜電流，即光譜電流i()與短路電流I之比：)(5 . 1,AMTF(3.3.1) (3.3.1) B()1定義為光譜，它表示太陽模擬器光譜輻照度sim()和AM1.5的光譜輻照度。 AM1.5()的相對偏差： 1)()()(5 . 15 . 1BeeeAMAMsim)()()(5 . 1AMsimeeB即即 :3.3 單體太陽電池測試單體太陽電池測試圖圖29 測量伏安特性的電路框圖測量伏安特性的電路框圖3.3.1測試項目測試項目3.3.2電性能測

8、試的一般規(guī)定電性能測試的一般規(guī)定標準規(guī)定地面標準陽光光譜采用總輻射的AM1.5標準陽光光譜。地面陽光的總輻照度規(guī)定為1000 w/m2。 對定標測試，標準測試溫度的允許差為+ 1C。對非定標準測試。標準測試溫度允許差為+2C。如受客觀條件所限，只能在非標準條件下進行測試，則必如受客觀條件所限，只能在非標準條件下進行測試，則必須將測量結(jié)果換算到標準測試條件。須將測量結(jié)果換算到標準測試條件。標準測試溫度規(guī)定為25C3.3.3測量儀器與裝置測量儀器與裝置（1）標準太陽電池標準太陽電池用于校準測試光源的輻射照度。 對AM1.5工作標準太陽電池作定標測試時，用AM1.5二級標準太陽電池校準輻射度。 在非

9、定標測試中，一般用AM1.5工作標準輻照度，要求時用AM1.5級標準太陽電池。（2）電壓表 電壓表的精度應不低于0.5級。 （3）取樣電阻取樣電阻的精確度應不低于+0.2%。必須采用四端精密電阻電池短路電流和取樣電阻值的乘積應不超過電池開路電壓的3%。（4）負載電阻 負載電阻應能從零平滑地調(diào)節(jié)到10K以上。必須有足夠的功率容量，以保證在通電測量時不會因發(fā)熱而影響測量精度。當可變電阻不能滿足上述條件時，應采用等效的電子可變負載。 （5）函數(shù)記錄儀函數(shù)記錄儀有于記錄太陽電池的伏安特性曲線。函數(shù)記錄儀的精密應不低于0.5級。對函數(shù)記錄儀內(nèi)阻的要求和對電壓表內(nèi)阻的要求相同。 （6）溫度計 溫度計或測溫

10、系統(tǒng)的儀器誤差應不超過+0.5C測量系統(tǒng)的時間響應不超過1秒。測量探頭的體積和形狀應保證它能盡量靠近太陽電池的pn結(jié)安裝。 （7）室內(nèi)測試光源輻照度、輻照和均勻度、穩(wěn)定度、準直性及光譜分布均應符合一定的要求。所規(guī)定的測試項目中，開路電壓和短路電流可以用電直接測量，其它參數(shù)從伏安特性求出。3.3.4從非標準測試條件換算到標準測試條件從非標準測試條件換算到標準測試條件電流和電壓換算公式:當測試溫度、輻照度和標準測試條件不一致時，可用以下?lián)Q算公式校正到標準測試條件：12122121212121TTTTKIIIRVVTTaIIIIISMRSRSC(3.4.1) 3.3.5室外陽光下測試室外陽光下測試(

11、1)測試場地及周圍環(huán)境測試場地周圍的地面空曠，不遮光。反光及散光的任何物體。測試場地周圍地面上應無高反射的物體，如冰雪、白灰和亮沙子等。(2)氣候及陽光條件 天氣及晴朗，太陽周圍無云。(3)安裝要求被測電池、標準電池應安裝在同一平面上，并盡量靠近，測試平面的法線和入射光線的夾角應不大于53.4太陽電池組件測試方法太陽電池組件測試方法3.4.1組件的額定工作溫度(NOCT)組件的額定工作溫度和它的實際工作溫度tr以及環(huán)境溫度te之間有如下的經(jīng)驗公式：ENOCTtte80201(3.4.1)式中E為測量時的實際輻照度。以下是一組參考（NOCT）：3.4.2電阻的測量 絕緣電阻測量是測量組件輸出端和

12、金屬基板或框架之間的絕緣電阻。在某些環(huán)境試驗項目進行前后都需測量絕緣電阻。在測量前先作安全檢查，對于已經(jīng)安裝使用的方陣首先應檢查對地電位、靜電效應，以及金屬基板、框架、支架等接地是否良好等，建議最好光用容量足夠大的開關設備把待測方陣的輸出端短路后再進行測量，可以用普通的兆歐表來測量絕緣電阻，但應選用電壓等級大致和待測方陣的開路電壓相當?shù)恼讱W表。測量絕緣電阻時，大氣相對溫度應不大于75%。 3.5 地面用硅太陽電池組件環(huán)境試驗概況地面用硅太陽電池組件環(huán)境試驗概況351溫度交變 從高溫到低溫反復交替變化稱為溫度交變。交變的溫度范圍規(guī)定為40+3+35+2C。凡用鋼化玻璃為蓋板的組件應交變200次，

13、用優(yōu)質(zhì)玻璃作蓋板的組件應交變50次。在進行每項試驗前后均應測量電性能參數(shù)，并觀察試驗后外表有列異常.352高溫貯存 地面用太陽電池組件應放在85+2C的高溫環(huán)境下存貯16小時。353低溫貯存地面用太陽電池組件應放在40+3C的低溫環(huán)境下貯存16小時。354恒定濕熱貯存 地面用太陽組件應放應相對濕度為9095%，溫度為40+2C的濕熱環(huán)境下存放4天。試驗結(jié)束電性能測試及外觀檢查絕緣電阻，小于1M者為不合格。 355振動、沖擊356鹽霧試驗 在近海環(huán)境中使用的太陽電池組件應進行此項試驗，即在溫度35+2C5%氯化鈉水溶液的霧氣中貯存96小時后，檢查外觀、最大輸出功率及絕緣電阻。 357冰雹試驗 模擬冰雹試驗所用的鋼球重227+2g，下落高度視組件蓋板材料而定，鋼化玻璃：高度100cm，優(yōu)質(zhì)玻璃：50cm。向太陽電池組件中心下落 1次。 358地面太陽光輻