一种太阳电池的测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于太阳电池测试领域，尤其涉及一种针对多结太阳电池的测试装置及测试方法。

背景技术

太阳电池在受到光辐照时可以发电，本质上是一个p-n结，太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。多结太阳电池结构通常是由多个子电池和隧穿结构成的。选用几种具有不同带隙的半导体材料，每一种半导体构成一种单结子电池，然后按照半导体带隙宽度的不同，由大到小将这几种单结子电池串联起来，就构成了串联式多结太阳电池。

多结太阳电池可以将太阳光分成多个波段，依靠最表面的宽带隙半导体太阳能电池吸收高能量的太阳光，用最底层低带隙半导体电池吸收低能量光，改变了半导体单结电池只能有效吸收单一波段的局限性，从而拓宽了整个电池对太阳光的光谱响应波段，减少能量损失。

由于多结太阳电池的不同p-n结，吸收对不同光谱波段的光能量，因此与常规太阳电池相比，多结太阳电池的测试方法和装置有许多不同。比如，多结太阳电池在测试时，需要调整光源的光谱。

IV电性能测试，也叫IV测试，是在待测太阳电池表面，照射近日光，通过IV处理器，采集待测太阳电池输出的电信号，经过一系列处理和计算，获取IV曲线，开路电压Voc,短路电流Isc，峰值功率Pmax，串联电阻Rs，并联电阻Rsh，填充因子FF，逆向电流Irev等参数的过程。

目前市场上，除了进口设备外，尚未有成熟可行、精确度高、光谱可调整的光源装置及其对多结太阳电池的测试方法。而进口设备，价格十分昂贵，结构精密且复杂，售后服务差。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种针对多结太阳电池的测试装置及测试方法。

第一方面，本发明提供一种太阳电池的测试装置，包括电源、调节部、显示部、控制键和若干组光源；每组所述光源对应设置一个调节部和一个显示部；所述调节部和显示部依次相电连接；所有所述调节部的输入端均经控制键与前述电源的正极相电连接；每个所述显示部的输出端经对应的光源后均与前述电源的负极相电连接；所述光源至少设置有两组；所有所述光源有共同辐照区域；每组前述光源均有不同的光谱峰值。

进一步，本发明所述太阳电池的测试装置，所述调节部为可旋转电位器；所述控制键为延时开关；所述显示部为电流表。

进一步，本发明所述太阳电池的测试装置，所述光源的前端设置有滤光片；通过设置的滤光片可以截止特定波段的光谱；这是为了避免光谱较宽的光源，对其他光源的光谱对应区产生影响。比如，调节波长分布500-800nm的光源m时，光源m-1对应的500-600nm光谱区间会被影响。

进一步，本发明所述太阳电池的测试装置，所述光源与共同辐照区域之间设置有筛孔板。

第二方面，本发明提供一种太阳电池的测试装置，包括操控板、控制器、执行器、电源和光源；所述操控板上设置有调节部、显示部、存储模块和控制按键；所述执行器内设置有执行模块；所述光源设置有若干组；每组所述光源对应设置一个执行模块、一个调节部和一个显示部；所述调节部和显示部均与存储模块相电连接；所述存储模块经控制按键与控制器相电连接；所述控制器与执行器相电连接；所述执行模块的一端与电源正极相电连接；所述执行模块的另一端经对应光源后与电源负极相电连接；所述光源至少设置有两组；所有所述光源有共同辐照区域；每组前述光源均有不同的光谱峰值。

进一步，本发明所述太阳电池的测试装置，还包括光电传感器；所述光电传感器设置于前述共同辐照区域内；所述光电传感器与前述控制器相电连接。

第三方面，本发明提供一种根据第一方面所述太阳电池的测试装置的测试方法：待测太阳电池由m个子电池叠层而成，m≥2；每个子电池的吸收光谱与一组光源的光谱相对应；采用与子电池材质相同的材料制作m个对应的独立子电池；对独立子电池1进行IV测试，调整与子电池吸收光谱对应的一组光源，使独立子电池1的短路电流Isc达到预定值Isc_1；对其他独立子电池m进行相同操作，调整与各子电池吸收光谱对应的一组光源，使独立子电池m的短路电流Isc达到对应的预定值Isc_m；

当与最后一个独立子电池m对应的一组光源完成调整后，需对其他独立子电池进行Isc复测，并对复测结果与Isc预定值不符的独立子电池对应的光源进行调整，直至所有独立子电池的Isc均符合预定值；完成光源调整；然后，在所有光源的共同辐照区域内对待测太阳电池进行IV测试。

第四方面，本发明提供一种根据第二方面所述太阳电池的测试装置的测试方法，使所有光源同时发光，在光源的共同辐照区域内通过光谱仪采集光谱；根据待测太阳电池对光谱的需求，调整对应的光源；再次通过光谱仪采集光谱，判断采集的光谱是否满足待测太阳电池对光谱的需求；循环光谱采集和光源调整，直至采集的光谱满足待测太阳电池对光谱的需求；完成光源调整；然后，在所有光源的共同辐照区域内对待测太阳电池进行IV测试。

进一步，本发明所述太阳电池的测试方法，所述完成光源调整后，将各组光源的状态信息进行存储；当前一种待测太阳电池的各个光源调节完毕，将各个光源的状态值进行存储。当后续对后一种待测太阳电池进行测试时，各个光源的状态值发生变化，但是若需要再对前一种太阳电池进行测试时，可以从直接调出前一种待测太阳电池对应的存储的光源状态值，根据存储值调整各个光源，从而避免调整尝试光源的状态值，节省了时间，并降低了劳动量。

进一步，本发明所述太阳电池的测试方法，对所述待测太阳电池进行不同辐照度测试时，增大光源和待测太阳电池之间的距离或在光源和待测太阳电池之间设置筛孔板。

本发明所述太阳电池的测试装置及测试方法，通过在测试装置中设置多组光源用于满足多结太阳电池的测试要求，并通过设置调节部和显示部的措施，提高了对于光源调整控制的精准度，从而有效的提高了测试装置的精确度；在对待测太阳电池进行测试时，通过按键同时点亮多组光源，调取已存储的同类型电池光源参数进行快速匹配，测试过程简单高效，制备成本低，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例一所述太阳电池的测试装置结构示意图；

图2为本发明实施例一所述待测太阳电池吸收光谱范围示意图；

图3为本发明实施例所述筛孔板结构示意图；

图4为本发明实施例二所述太阳电池的测试装置结构示意图；

其中1-控制键、2-调节部、3-显示部、4-电源、5-光源一、6-光源二、7-滤光片、8-光源三、9-筛孔板、10-共同辐照区域、11-光源一的光谱、12-光源二的光谱、13-光源三被滤光片截止前的光谱、14-光源三的光谱、15-独立子电池一的光吸收谱、16-独立子电池二的光吸收谱、17-独立子电池三的光吸收谱、18-通孔、19-不透明板、20-存储模块、21-第一光源的显示部和调节部、22-操控板，23-第二光源的显示部和调节部、24-控制按键、25-控制器、26-执行器、27-恒流电源、28-第一光源、29-第二光源、30-光电传感器。

具体实施方式

下面通过附图及实施例对本发明所述太阳电池的测试装置及测试方法进行详细说明。

实施例一

本公开实施例所述太阳电池的测试装置，如图1所示，包括电源4、调节部2、显示部3、控制键1和三组光源；三组光源分别是光源一5、光源二6和光源三8；每组所述光源对应设置一个调节部2和一个显示部3；所述调节部2和显示部3依次相电连接；所有所述调节部2的输入端均经控制键1与前述电源4的正极相电连接；每个所述显示部3的输出端经对应的光源后均与前述电源4的负极相电连接；所述光源至少设置有两组；所有所述光源有共同辐照区域10；每组前述光源均有不同的光谱峰值。

在本公开实施例中，所述光源有共同的辐照区域，三组光源成规则排布，可以在共同辐照区域10形成均匀分布；光源一5是直管氙灯，光源二6是两个卤素灯，光源三8是两个LED灯，不同组光源有不同的光谱峰值；光源二6的下方有滤光片7，可以截止600nm之前的短波段；这是为了避免光谱较宽的卤素灯光源二6，对光源一的光谱11对应区产生影响。滤光片7自身是一块玻璃板上面镀有若干层光学膜；筛孔板9设置在光源和辐照区域之间，三组光源对筛孔板9的投影，可以覆盖待测太阳电池，从而实现辐照度的调整；筛孔板9自身是一块0.5mm厚的不透明板19，在本公开实施例中采用的为钢板，上面镂刻有通孔18阵列，通过合理设计通孔18大小和间距，可以改变透过率，筛孔板9的使用属于现有技术因此不再赘述。

在本公开实施例中，电源4是开关电源，采用恒压模式；从电源4负极导线引出来后，首先是控制键1，在本公开实施例中控制键1是一个延时开关，按下后可使所有光源在一定时间段内同时点亮；每组光源连接调节部2，调节部2是一个可旋转电位器，自身电阻值会随着旋钮改变，进而改变对应光源的输出功率；调节部2之后是显示部3，显示部3是电流表，可以显示流过光源的电流；从显示部3出来后，导线经过各个光源回到电源4正极。

将待测的太阳电池放置在所述光源的共同辐照区域10，调节各个光源使共同辐照区域10的光谱满足要求，驱动控制键1，使所有光源在一定时间段内同时点亮，配合IV处理器，实现IV测试。

在本公开实施例中，如图2所示，X是光波波长，Y轴是能量比例；在本公开实施例所述的太阳电池测试方法中，待测太阳电池为多结太阳电池，是由子电池一、子电池二和子电池三叠层而成，使用与子电池对应的独立子电池，独立子电池一吸收谱范围330-490nm，光源一的光谱11范围是340-480nm，光源一的光谱11峰值是410±10nm，在独立子电池一的光吸收谱15范围内；独立子电池二的光吸收谱16范围490-560nm，光源二的光谱12范围是400-670nm，光源二的光谱12峰值是540±10nm，在独立子电池二的光吸收谱16范围内；独立子电池三的光吸收谱17范围560-820nm，光源三被滤光片截止前的光谱13范围是530-1100nm，经过滤光片7截止后，光源三的光谱14范围是580-1100nm，光源三的光谱14峰值是620±10nm，在独立子电池三的光吸收谱17范围内。

具体测试步骤如下：

首先对独立子电池一进行IV测试，调整光源一5，使独立子电池一的短路电流Isc，达到预定值Isc_1；

调整光源二6，使独立子电池二的短路电流Isc达到对应的预定值Isc_2；

调整光源三8，使独立子电池三的短路电流Isc达到对应的预定值Isc_3；

在光源一5至光源三8的共同辐照区域10内对待测的多结太阳电池进行IV测试。

在上述过程中，独立子电池一与多结太阳电池的子电池一，是同类型的P-N结物质。独立子电池二与多结太阳电池的子电池二是同类型的P-N结物质。独立子电池三与多结太阳电池的子电池三，是同类型的P-N结物质。

在进行调节时，先对光源二6调节，使独立子电池二的短路电流Isc达到预定值Isc_2；然后依次对光源一5和光源三8进行相同操作。这是因为，光源二的光谱12范围延伸到了独立子电池一和独立子电池二的光吸收谱16范围内，因此先调节光源二6，可以避免光源二6对独立子电池一和独立子电池三产生影响，而光源一5和光源三8则几乎不会对独立子电池二产生影响；然后依次应对独立子电池一、二、三的Isc进行复测和确认；在具体应用中，也可以将多个独立子电池，分别接入对应的采集通道，一次闪光，完成所有电池短路电流Isc测试；每个采集通道，可以是一个电流表；这样设置可实现一次闪光调节某个独立子电池时，可实施观察其他独立子电池的Isc。

完成光源调节后，存储各组光源当前的状态信息；在本公开实施例中，记录光源一5的显示部3，即电流表一读数是9.8A；记录光源二6的显示部3，即电流表二读数是3.2A；记录光源三8的显示部3即电流表三的读数是1.1A；

在后续对同类型多结太阳电池进行测试时，根据存储的各组光源的状态信息，将各组光源做对应调整；可以直接作用于调节部2，使光源一5显示部3实现9.8A，使光源二6显示部3实现9.8A，使光源三8显示部3实现1.1A；避免再使用独立子电池，进行繁琐的调节，快速实现光源调整，以匹配不同的太阳电池。

当对太阳电池进行不同辐照度测试时，增大光源和待测太阳电池的距离，或在光源和待测太阳电池之间设置筛孔板9；因为光程越大，辐照度越低，因此，可以适当拉远光源与待测太阳电池组件的距离，获得不同程度的低辐照度。当光程不能拉远时，在光源和待测太阳电池之间设置筛孔板9，筛孔板9被三组光源投影在待测太阳电池上，可以获得低辐照度。以上两种方法中，光源的输出功率都可以保持不变，因此光源光谱不会发生变化；且该两项措施自身，并不会改变光谱，因此具有很好的光谱保持性。本公开实施例所述的筛孔板9的结构如图3所示。

实施例二

本公开实施例所述太阳电池的测试装置，如图4所示，包括操控板22、控制器25、执行器26、电源和光源；在本公开实施例中电源为恒流电源27；所述操控板22上设置有调节部、显示部、存储模块20和控制按键24；在本公开实施例中所述调节部和显示部集成为一体，如图4所示，第一光源的调节部和显示部21和第二光源的调节部和显示部23均设置有输入框，既可以作为调节部，又是显示部。所述执行器26内设置有执行模块；在本公开实施例中所述光源设置有两组，分别为第一光源28和第二光源29；每组所述光源对应设置一个恒流电源27、一个执行模块、一个集成的调节部和显示部；所述调节部和显示部均与存储模块20相电连接；所述存储模块20经控制按键24与控制器25相电连接；控制器25从存储模块20获取对于光源的控制信息；所述控制器25与执行器26相电连接；所述执行模块的一端与对应的恒流电源27正极相电连接；所述执行模块的另一端经对应的光源后与对应的恒流电源27负极相电连接；所有所述光源有共同辐照区域10；每组前述光源均有不同的光谱峰值。同时，本公开实施例所述太阳电池的测试装置，还包括光电传感器30；所述光电传感器30设置于前述共同辐照区域10内；所述光电传感器30与前述控制器25相电连接。

在本公开实施例中，在第一光源28对应的输入框中的比例是50%，第一光源28就会按照50%最大功率发光；第二光源29对应的输入框中的比例是80%，第二光源29就会按照最大功率的80%发光；调整好光源状态后，在存储模块20处点击SAVE键可以存储当前所有光源的状态值；同时在后期需要时，在本公开实施例中点击LOAD键，可以恢复之前保存的光源状态值。

进行太阳电池测试工作时，将待测太阳电池置于多组光源的共同辐照区域10内，如图4所示，点击控制按键24TEST，测试命令通过控制器25和执行器26，调整光源的输出功率；在本公开实施例中，所述执行器26包括运算放大器和MOS管；通过运算放大器和MOS管控制光源输出功率，光电传感器30受到的光照射过高时，会发出较高的电压信号，被控制器25接受后，控制器25降低MOS管的开合度（相当于内阻增大），从而降低光源输出功率，从而实现光源的调节控制。

本公开实施例所述的太阳电池的测试方法包括，使所有光源同时发光，在光源的共同辐照区域10内设置光谱仪，通过光谱仪采集光谱；根据待测太阳电池对光谱的需求，调整对应的光源；再次通过光谱仪采集光谱，判断采集的光谱是否满足待测太阳电池对光谱的需求；循环光谱采集和光源调整，直至采集的光谱满足待测太阳电池对光谱的需求；完成光源调整；然后，在所有光源的共同辐照区域10内对待测太阳电池进行IV测试。

光谱仪被设置为待触发模式后，光源闪光后，会自动触发光谱仪，采集到光谱数据，这时操作人员可以一边通过输入框调节第一光源28和第二光源29，一边测试光谱，判断光谱是否满足特定要求，依次提高工作效率。