光伏器件多光強伏安特性測試系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光伏器件多光強伏安特性測試系統，其特征在于，包括太陽光模擬器、光強選擇模塊、測試標定模塊和控制計算模塊；光強選擇模塊包括轉盤，轉盤為周向均勻布有多個通光孔的圓盤結構，通過轉動轉盤，能分別使這些通光孔的中心與太陽光模擬器的輸出光路中心重合；測試標定模塊包括移動平臺、測試電路和標定電路，移動平臺用于放置標定電池和樣品電池，通過移動移動平臺，能分別使標定電池和樣品電池位于轉盤的輸出光路中心，測試電路和標定電路分別連接控制計算模塊。該測試系統在不改變光源設置的情況下，實現對光強的自動化精確控制，且保證光譜分布不變，方便快捷，能有效延長光源的使用壽命，且樣品測試精度高。
【專利說明】光伏器件多光強伏安特性測試系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光電測試【技術領域】，更具體地，涉及一種光伏器件多光強伏安特性測試系統。
【背景技術】
[0002]伴隨人口和經濟的增長，全球能源消耗也急劇上升，預計到2050年，地球人口將達到120億，全球能量消耗總量達28TW。同時隨著石油等不可再生能源的不斷消耗，屆時將出現巨大的能源缺口。因此，發展清潔可再生能源成為時代的需求，太陽能電池的發展也應運而生，并不斷發展。
[0003]隨著經濟的不斷發展，市場對技術等需求愈加嚴格，現市場應用最廣泛的硅基半導體太陽能電池以及薄膜太陽能電池高成本、低效益以及環境污染等缺點日益顯著。而材料價格低廉，制作工藝相對簡單，制備成本低，設備投資少，而且使用壽命長，性能穩定，無污染無毒害的以染料敏化太陽能電池為代表的第三代太陽能電池技術備受關注。與傳統的硅基和薄膜太陽能電池的工作原理不同，染料敏化太陽能電池中光吸收和電荷載流子傳輸分別在不同材料中進行，能夠在弱光條件下工作，也是目前太陽能電池領域中唯一可實現透明的裝置，這也是該類型電池作為新能源應用方面的一個顯著優勢。
[0004]在對染料敏化太陽能電池等光伏器件的研究過程中，精確地測試太陽能電池的伏安特性，可以得到一些重要參數，如開路電壓(V。。)、短路電流(Is。)、填充因子(FF)、最大輸出功率(p_)、轉換效率(η)等，特別是測量不同入射光強度條件下的器件伏安特性，能夠更直觀地表征電池器件的性能。因此研究光伏器件多光強測試方法和系統對研究及提高太陽能電池效率具有重大的實際意義。
[0005]美國Newport公司開發的Oriel 1-V特性測試系統,可對太陽能電池的伏安特性和器件物理參數進行測試和計算，包括開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)、填充因子(FF)、最大輸出功率(Pmax)、轉換效率(η)等參數，該系統包括太陽光模擬器、數字源表、標準電池、電池支架、探針組件、配套軟件等。盡管該系統數據測試精確，但是光照強度的標定必須采用全人工操作的方式，同時在標定和測試時，不能保證標定電池及樣品電池都處于光源中心完全一致的位置，從而引入一定的測量誤差。此外，若要測試光伏器件在不同光照強度下的伏安特性，需要用人工操作的方式設定光照強度，大范圍地調節光源的驅動功率，這極大地增加了整個測試的復雜性。同時大范圍地調節光源驅動的輸出功率將會加速光源的衰退，造成光源的輸出不穩定，極大地縮短了光源的使用壽命。因此可認為該儀器只能測試太陽能電池在標準光強下的伏安特性。現有的光伏器件測試系統或者裝置也存在相同的問題。
實用新型內容
[0006]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種光伏器件多光強伏安特性測試系統，在不改變光源設置的情況下，實現對光強的自動化精確控制，且保證光譜分布不變，方便快捷，能有效延長光源的使用壽命，樣品測試精度高，還能測試不同溫度下樣品電池的特性參數，為進一步研究溫度對光伏器件工作特性的影響提供依據。
[0007]為實現上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種光伏器件多光強伏安特性測試系統，其特征在于，包括太陽光模擬器、光強選擇模塊、測試標定模塊和控制計算模塊；所述光強選擇模塊包括轉盤，所述轉盤為周向均勻布有多個通光孔的圓盤結構，通過轉動所述轉盤，能分別使這些通光孔的中心與所述太陽光模擬器的輸出光路中心重合；所述測試標定模塊包括移動平臺、測試電路和標定電路，所述移動平臺用于放置標定電池和樣品電池，通過移動所述移動平臺，能分別使標定電池和樣品電池位于所述轉盤的輸出光路中心，所述測試電路和所述標定電路分別連接所述控制計算模塊。
[0008]優選地，所述通光孔中一個用黑色隔板全封，透光率為0，另一個為通孔，透光率為100%，其它通光孔內分別布置不同目數的絲網。
[0009]優選地，所述轉盤的直徑為400nm,所述通光孔的直徑均為70mm。
[0010]優選地，所述太陽光模擬器包括氙燈、聚光器和濾波片，所述聚光器位于所述氙燈的正前方，其中心與所述氙燈的中心水平，所述濾波片位于所述聚光器的輸出光路上。
[0011]優選地，所述光強選擇模塊還包括步進電機，所述控制計算模塊分別通過氙燈電源連接所述氙燈，通過電機驅動與電源裝置連接所述步進電機，通過平臺驅動與電源裝置連接所述移動平臺。
[0012]優選地，還包括溫控模塊。
[0013]總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0014](I)在不改變光源設置的情況下，通過轉盤實現對光強的自動化精確控制，且保證光譜分布不變，方便快捷，能有效延長光源的使用壽命，節約成本。
[0015](2)將標定電池與樣品電池置于移動平臺上，通過移動平臺移動，使標定電池與樣品電池分別位于光路中心，保證了光源標定與樣品測試的一致性，標定準確，樣品測試精度聞。
[0016](3)采用溫控模塊實時測量樣品電池溫度，有效消除光照使樣品電池溫度變化對測試的影響，提高測試精度，還能測試不同溫度下樣品電池的特性參數，為進一步研究溫度對光伏器件工作特性的影響提供依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型實施例的光伏器件多光強伏安特性測試系統結構示意圖；
[0018]圖2是本實用新型實施例的轉盤結構示意圖；
[0019]圖3是本實用新型實施例的光強選擇模塊中不同通光孔的透射率分布；
[0020]圖4是用本實用新型實施例的光伏器件多光強伏安特性測試系統測得的釕染料敏化太陽電池在不同光強下的伏安特性曲線。
[0021]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:1_氙燈，2-聚光器，3-濾波片，4-氙燈電源，5-轉盤，6-步進電機，7-電機驅動與電源裝置，8-移動平臺，9-載物臺基座，10-平臺驅動與電源裝置，11-標定電池，12-樣品電池，13-測試電路，14-標定電路，15-溫控模塊，16-控制計算模塊。【具體實施方式】
[0022]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0023]如圖1所示，本實用新型實施例的光伏器件多光強伏安特性測試系統包括太陽光模擬器、光強選擇模塊、測試標定模塊、溫控模塊15和控制計算模塊16。
[0024]太陽光模擬器包括氙燈1、聚光器2和濾波片3。聚光器2位于氙燈I的正前方，其中心與氙燈I的中心水平，用于使氙燈I的輸出光的平行性更好。濾波片3位于聚光器2的輸出光路上,用于濾除入射光中的非太陽光成分,輸出標準模擬太陽光。
[0025]光強選擇模塊包括轉盤5和步進電機6，轉盤5為周向均勻布有多個通光孔的圓盤結構，通過轉動轉盤5，能分別使這些通光孔的中心與濾波片3的輸出光路中心重合。
[0026]測試標定模塊包括移動平臺8、測試電路13和標定電路14。移動平臺8上的載物臺基座9上放有標定電池11和樣品電池12，通過移動移動平臺8，能分別使標定電池11和樣品電池12位于轉盤5的輸出光路中心。測試電路13和標定電路14分別連接控制計算模塊16。
[0027]控制計算模塊16分別通過氙燈電源4連接氙燈1，通過電機驅動與電源裝置7連接步進電機6，通過平臺驅動與電源裝置10連接移動平臺8。控制計算模塊16用于通過調節氙燈電源4的輸出功率來調節氙燈I的發光功率，控制計算模塊16還用于通過控制電機驅動與電源裝置7使步進電機6工作，調整轉盤5的位置，控制計算模塊16還用于通過控制平臺驅動與電源裝置10，調整移動平臺8的位置。
[0028]本實用新型實施例的光伏器件多光強伏安特性測試系統還包括溫控模塊15，溫控模塊15的溫度傳感器位于載物臺基座9上，測試時與樣品電池12的表面接觸，用于實時測量樣品電池溫度。
[0029]圖2為本發明實施例的轉盤結構示意圖。如圖2所示，轉盤5的直徑為400nm，周向均勻布有八個直徑為70_的通光孔。其中一個通光孔用黑色隔板全封，透光率為0，該通光孔的中心與濾波片3的輸出光路中心重合時，轉盤5的位置為默認位置。另一個通光孔為通孔，透光率為100%。其它六個通光孔內分別布置不同目數的鋼網，透射率分別為75%、50%、25%、20%、10%和5%。利用紫外可見近紅外分光光度計分析光強選擇模塊的工作特性，如圖3所示，將20目、80目和200目鋼網對應不同波長的透射率與通孔比較，三種鋼網的透射率分別為74%、50%、24%，他們在200nm至1200nm范圍內的透射率近似為直線。因此，可以通過在這六個通光孔內布置不同的鋼網，獲得不同的測試光強度，且不改變測試光的光譜分布。
[0030]下面詳細說明用本實用新型實施例的測試系統測試光伏器件伏安特性的方法，具體包括如下步驟:
[0031](I)初始化:開啟各設備電源，使氙燈I工作，并使設備預熱，初始化控制計算模塊16內的測試參數設置，如測試光強(例如50%),測試掃描電壓范圍(例如-0.3?0.8V),測試掃描速率(例如0.0lV/s)等;[0032](2)標定:開始測試，控制計算模塊16根據初始化參數設置，控制電機驅動與電源裝置7使步進電機6工作，步進電機6轉動一定角度，使轉盤5上與初始化的測試光強對應的通光孔的中心與濾波片3的輸出光路中心重合。同時，控制計算模塊16控制平臺驅動與電源裝置10，使移動平臺8移動，從而使標定電池11位于轉盤5的輸出光路中心。標定電路14測試標定電池的短路電流，參照標定電池11的光強-電流曲線，得到此時的光強。
[0033](3)測試:控制計算模塊16控制平臺驅動與電源裝置10，使移動平臺8移動，從而使樣品電池12位于轉盤5的輸出光路中心。測試電路13按照控制計算模塊16內初始化的參數設置，在樣品電池12兩端加載掃描電壓，同時測試對應的電流，并將數據存儲在測試電路13內的緩存器中。
[0034](4)數據處理計算:控制計算模塊16讀取緩存器中的數據，計算得到待測光伏器件的伏安特性參數，如短路電流、開路電壓、填充因子、光電轉換效率等。控制計算模塊16控制電機驅動與電源裝置7，使步進電機6轉動一定角度，從而使轉盤5回到默認位置。
[0035]若要完成其它光照強度下的測試，只需改變步驟(1)中的初始化的測試光強。用本實用新型實施例的光伏器件多光強伏安特性測試系統測得的釕染料敏化太陽電池(面積為0.072cm2)在不同光強下的伏安特性曲線如圖4所示，測試結束后，控制計算模塊根據測試曲線計算相應的特性參數，如開路電壓(V。。)、短路電流密度(Js。)、填充因子(FF)，最大功率(Pmax)以及轉換效率(H )等，如表1所示。
[0036]表1釕染料敏化太陽電池在不同光強下的特性參數
[0037]
【權利要求】
1.一種光伏器件多光強伏安特性測試系統，其特征在于，包括太陽光模擬器、光強選擇模塊、測試標定模塊和控制計算模塊(16)； 所述光強選擇模塊包括轉盤(5)，所述轉盤(5)為周向均勻布有多個通光孔的圓盤結構，所述通光孔中一個用黑色隔板全封，透光率為O，另一個為通孔，透光率為100 %，其它通光孔內分別布置不同目數的絲網，通過轉動所述轉盤(5)，能分別使這些通光孔的中心與所述太陽光模擬器的輸出光路中心重合； 所述測試標定模塊包括移動平臺(8)、測試電路(13)和標定電路(14)，所述移動平臺(8)用于放置標定電池和樣品電池，通過移動所述移動平臺(8)，能分別使標定電池和樣品電池位于所述轉盤(5)的輸出光路中心，所述測試電路(13)和所述標定電路(14)分別連接所述控制計算模塊(16)。
2.如權利要求1所述的光伏器件多光強伏安特性測試系統，其特征在于，所述轉盤(5)的直徑為400nm,所述通光孔的直徑均為70_。
3.如權利要求1或2所述的光伏器件多光強伏安特性測試系統，其特征在于，所述太陽光模擬器包括氙燈(I)、聚光器(2)和濾波片(3)，所述聚光器(2)位于所述氙燈(I)的正前方，其中心與所述氙燈(I)的中心水平，所述濾波片(3)位于所述聚光器(2)的輸出光路上。
4.如權利要求3所述的光伏器件多光強伏安特性測試系統，其特征在于，所述光強選擇模塊還包括步進電機(6)，所述控制計算模塊(16)分別通過氙燈電源(4)連接所述氙燈 (I)，通過電機驅動與電源裝置(7)連接所述步進電機(6)，通過平臺驅動與電源裝置(10)連接所述移動平臺(8)。
5.如權利要求1所述的光伏器件多光強伏安特性測試系統，其特征在于，還包括溫控模塊(15)。
【文檔編號】H02S50/15GK203800887SQ201320772435
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】王鳴魁, 袁懷亮, 徐曉寶 申請人:華中科技大學