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太阳模拟器测试非晶硅薄膜注意事项

2013-11-10 00:02
络遇
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  太阳能电池,也称为光伏电池,是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件,而测量太阳能电池的效率是通过用辐射强度计测定入射太阳光的功率和测量电池在最大功率点产生的电功率的办法来实现。使用这种方法存在的困难是被测电池的性能在很大程度上取决于太阳光光谱成分,但是光谱成分的精确程度受到季度节变化、地区差异和气候条件等各种因素的影响,加上辐射强度计刻度误差,使测量结果难以精确和稳定。

  在大多生产厂家,使用模拟太阳光的室内模拟器进行太阳能电池效率的测试,室内模拟器的光强和光谱分布是用经标准太阳光定标的标准片来校准的。

  目前一些实验室或者测试机构,经常用晶矽太阳电池作为标准件来测试非晶矽薄膜太阳电池,导致严重的测量误差,从而使得很多人对非晶矽薄膜的性能产生质疑。

  那么,如何正确比较不同材料,工艺的太阳电池的好坏或者适用性呢?在此,大致描述一下太阳模拟器测试非晶矽薄膜的注意点。

  为了比较和评价太阳电池,人们制定了国际标准测试条件。实用地面应用的太阳电池的国际标准测试条件为:光谱为AM1.5,辐照度为1000瓦/平方米,测试温度为25摄氏度。(AM:AirMass大气品质;太阳光在大气层外垂直辐照时为AM0光谱;太阳光在地球表面垂直辐照时为AM1光谱;当太阳天顶角48.2度时,为AM1.5光谱)。

  采用标定过的参考电池为基准,为了使这个测量方法能够得到准确的结果,必须满足以下两个条件:

  一、在特定的范围内,参考电池和被测电池对不同波长的光谱回应必须一致。这个条件通常要求参考电池和被测电池是由同种半导体材料并用相似的生产工艺制成。

  二、在特定范围内,用来做比较测试的光源的光谱成分必须接近标准光源的光谱成分。目前比较常见的脉冲氙灯光源模拟器,光谱接近太阳光,但是红外部分(800纳米至1100纳米)较标准AM1.5光谱而言非常丰富,失配严重。

  非晶矽太阳电池电性能测试方法从原则到具体程式都和单晶矽、多晶矽太阳电池电性能测试相同,但必须注意以下几点区别,否则可能导致严重的测量误差。

  第一、校准辐照度:应选用恰当的、专用于非晶矽太阳电池测试的非晶矽标准太阳电池来校准辐照度。如果采用单晶矽或者多晶矽太阳电池作为标准来校准辐照度,将会得到毫无意义的测试结果。当然,按照光谱失配的理论,如果所选的用的测试光源十分理想,那么,即使用单晶矽标准太阳电池校准辐照度也能获得正确的结果,当然,这个在一般生产或者实验室是很难做到的。

  第二、光源:用于非晶矽太阳电池电性能测试的太阳模拟器的光源应尽可能选用在300纳米到800纳米波长范围内,光谱特性非常接近AM1.5太阳光谱。

  第三、光谱回应:太阳电池的光谱回应就是当某一波长的光照射在电池表面上时,每一光子平均所能收集到的载流子数。由于用不同材料和工艺制造的太阳电池的光谱回应差异很大,同时考虑电池的光谱回应和光源的光谱分布这两个因素就能够得到更好的测量结果;更进一步来说,多结薄膜电池中各结的电流匹配也需要对每结的光谱回应做出精确的测量。非晶矽太阳电池的光谱回应特性与所加偏置光及偏置电压有关,在非标准条件下进行测试和换算时应注意相关条件。

  非晶矽的光谱响应波长范围为400纳米到800纳米,而单晶矽光谱响应波长范围为400纳米到1100纳米。由于模拟器用氙灯光源的光谱在800nm到1100nm的红外区段的光谱比标准的AM1.5的光谱更为丰富。采用单晶矽标准件标定太阳模拟器来测非晶矽太阳电池,在800纳米到1100纳米波段对非晶矽太阳电池电流没有任何贡献,但对单晶矽太阳电池的电流有着非常大的贡献,这就会产生严重的失配,导致非晶矽太阳电池的电流大幅度被压低,引起严重的测量误差。

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