太阳能电池的测试条件与太阳模拟器课件.ppt

1、太阳能电池的测试研保部 光强：1000W/m2 光谱分布：AM1.5 电池温度：25太阳电池制造过程太阳电池制造过程10-测试分选测试分选通过模拟太阳灯光照射到电池片表面测试太阳电池的电性能参数太阳电池电性能参数太阳电池的电性能参数：Isc、VocImp Vmp、Pmax、Rs、Rsh、FF、EFF短路电流（短路电流（IscIsc）：理想情况下，等于光生电流IL。影响因素：面积、光强、温度 125太阳电池 5A左右 156太阳电池 8A左右开路电压（开路电压（VocVoc）：影响因素：光强、温度、材料特性 晶体硅太阳电池 600mV左右填充因子（填充因子（FFFF）：最大输出功率与开路电压和短

2、路电流乘积之比 FF=Pm/VOCISC=VmIm/VOCISC 影响因素：串联电阻、并联电阻转换效率（转换效率（）：PinVmIm太阳电池电性能参数3.13.1太阳模拟器太阳模拟器3.1.1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

3、光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能参数。3.1.2太阳辐射的基本特性太阳辐射的基本特性3.1.2.1几个描述光的物理概念：（1）发光强度）发光强度 按照1979年第16届国防计量会议（CGPN）确定，以坎德拉（cd）为发光强度的计量单位。坎德拉是一光源在给定的方向上的光强度，该光源发出频率为5401012Hz的光学辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683WSr-1（2）光通量）光通量 光通量的单位是流明（lm），它用来计量所发出的总光量，发光强度为1cd的点光源，向周围空间均匀发出4流明的光能量。（3）光强度）光强度 指照射于一表面的光强度，它用勒克斯（lx）作为单位，当1lm光通量

4、的光强射到1m2面积上时，该面积所受的光照度（简称照度）就是1lx。（4）辐射度）辐射度 通常称为光强，即入射到单位面积上的光功率，单位是W/m2或mw/cm2。3.1.2.2辐照度及其均匀性 对空间应用，规定的标准辐照度为1367w/m2（另一种较早的标准规定为1353 w/m2），对地面应用，规定的标准辐照度为1000 w/m2。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600900 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。3.1.2

5、.3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AMO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

6、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1.5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。综上所述，标准地面阳光条件具有1000 w/m2的辐照度，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。321辐照不均匀度的检测32太阳模拟器某些光学特性的检测太阳模拟器某些光学特性的检测辐照不均匀度辐照不均匀度（最大辐照度最小辐照度）（最大

7、辐照度最小辐照度）/（最大辐照度最小辐照度）（最大辐照度最小辐照度）100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。332辐照不稳定的检测辐照不稳定度辐照不稳定度（最大辐照度最小辐照度）（最大辐照度最小辐照度）/（最大辐照度最小辐照度）（最大辐照度最小辐照度）333光谱失配误差计算光谱失配误差光谱失配误差=05.1,5.1,1)()()(dBFFAMSAMTdiIdiIIidiiFIidiiFAMSAMSAMTAMTAMSAMSAMSAMSAMSAMTAMTAMTAMTAMT)(,)()()()

8、()()()()()(5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,)(5.1,AMSF式 中：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：)(5.1,AMTF(3.3.1)(3.3.1)B()1定义为光谱，它表示太阳模拟器光谱辐照度sim()和AM1.5的光谱辐照度。AM1.5()的相对偏差：1)()()(5.15.1BeeeAMAMsim)()()(5.1AMsimeeB即即:太阳能模拟器分类 1.稳态太阳模拟器 2.脉冲式太阳模拟器类型定义优点缺点适合稳态工作时输

9、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标准测试条件：标准太阳光（光谱和辐照度）、标准温度光谱取决于电光源种类和滤光、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。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色温2300K，光谱和日光差别大，红外线含量大，紫外线含量少3cm水膜滤除部分红外线，无法补充紫外线简易型冷光灯卤钨灯加介质膜反射镜对红外线透明，其他光线反射，色温34

10、00K灯寿命短，50H简易型氙灯氙灯加滤光片 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氙灯脉冲氙灯短时间光强强，光谱特征比稳态氙灯好，可以得到大面积均匀光斑3.3 单体太阳电池测试单体太阳电池测试图图29 测量伏安特性的电路框图测量伏安特性的电路框图3.3.1测试项目测试项目3.3.2电性能测试的一般规定电性能测试的一般规定标准规定地面标准阳光光谱采用总辐射的AM1.5标准阳光光谱。地面阳光的总辐照度规定为1000 w/m2。对定标测试，标准测试温度的允许差为+1C。对非定标准测试，标准测试温度允许差为+2C。

11、如受客观条件所限，只能在非标准条件下进行测试，则必如受客观条件所限，只能在非标准条件下进行测试，则必须将测量结果换算到标准测试条件。须将测量结果换算到标准测试条件。标准测试温度规定为25C3.3.3测量仪器与装置测量仪器与装置（1）标准太阳电池标准太阳电池用于校准测试光源的辐射照度。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工作标准辐照度，要求时用AM1.5级标准太阳电池。（2）电压表 电压表的精度应不低于0.5级。（3）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

12、电池开路电压的3%。（4）负载电阻 负载电阻应能从零平滑地调节到10K以上。必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，应采用等效的电子可变负载。（5）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0.5级。对函数记录仪内阻的要求和对电压表内阻的要求相同。（6）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。（7）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

13、短路电流可以用电直接测量，其它参数从伏安特性求出。3.3.4从非标准测试条件换算到标准测试条件从非标准测试条件换算到标准测试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：12122121212121TTTTKIIIRVVTTaIIIIISMRSRSC(3.4.1)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。3.3.5室外阳光下测试室外阳光下测试(1)测试场地及周围环境测试场地周围的地面空旷，不遮光。反光及散光的任何物体。测试场地周围地面上应无高反射的物体，如冰雪、白灰和亮沙子等。(2)气候及阳光条件 天气及晴

14、朗，太阳周围无云。(3)安装要求被测电池、标准电池应安装在同一平面上，并尽量靠近，测试平面的法线和入射光线的夹角应不大于53.4太阳电池组件测试方法太阳电池组件测试方法3.4.1组件的额定工作温度(NOCT)组件的额定工作温度和它的实际工作温度tr以及环境温度te之间有如下的经验公式：ENOCTtte8020r(3.4.1)式中E为测量时的实际辐照度。以下是一组参考（NOCT）：3.4.2绝缘电阻的测量 绝缘电阻测量是测量组件输出端和金属基板或框架之间的绝缘电阻。在某些环境试验项目进行前后都需测量绝缘电阻。在测量前先作安全检查，对于已经安装使用的方阵首先应检查对地电位、静电效应，以及金属基板、

15、框架、支架等接地是否良好等，建议最好光用容量足够大的开关设备把待测方阵的输出端短路后再进行测量，可以用普通的兆欧表来测量绝缘电阻，但应选用电压等级大致和待测方阵的开路电压相当的兆欧表。测量绝缘电阻时，大气相对温度应不大于75%。3.5 地面用硅太阳电池组件环境试验概况地面用硅太阳电池组件环境试验概况351温度交变 从高温到低温反复交替变化称为温度交变。交变的温度范围规定为40+3+35+2C。凡用钢化玻璃为盖板的组件应交变200次，用优质玻璃作盖板的组件应交变50次。在进行每项试验前后均应测量电性能参数，并观察试验后外表有列异常.352高温贮存 地面用太阳电池组件应放在85+2C的高温环境下存

16、贮16小时。353低温贮存地面用太阳电池组件应放在40+3C的低温环境下贮存16小时。354恒定湿热贮存 地面用太阳组件应放应相对湿度为9095%，温度为40+2C的湿热环境下存放4天。试验结束电性能测试及外观检查绝缘电阻，小于1M者为不合格。355振动、冲击356盐雾试验 在近海环境中使用的太阳电池组件应进行此项试验，即在温度35+2C5%氯化钠水溶液的雾气中贮存96小时后，检查外观、最大输出功率及绝缘电阻。357冰雹试验 模拟冰雹试验所用的钢球重227+2g，下落高度视组件盖板材料而定，钢化玻璃：高度100cm，优质玻璃：50cm。向太阳电池组件中心下落 1次。358地面太阳光辐照试验此项试验应在模拟地面太阳光辐照试验箱中进行。模拟太阳光应垂直照射组件，辐照度为1.12KW+10%，并具有地面阳光光谱分布。每24小时为一周期，光照20小时，温度55C，停照4小时，温度为25C。每小时喷水5分钟，持续进行18个月。最大输出功率下降不得超过10%。359扭弯试验在1535C的室温环境下，将太阳电池组件的三个角固定。另一角安装在扭弯测试仪上，使组件的一个短边扭转1.2，试验完毕检查外观及电性能。