太阳能电池的测试.PPT课件

地面标准阳光条件是具有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。
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三、太阳模拟器分类
1.稳态太阳模拟器 2.脉冲式太阳模拟器
光伏发电技术基础
山东理工职业学院
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第三章 太阳能电池的测试
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知识回顾
光伏效应
太阳电池发电原理示意图
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太阳电池的表征参数
光结电正流 向I电ph流ID
n
p
IIphIDIphI0exn q pB k D T V1
负载 Rs
I 如果忽略太阳电池的串联电阻Rs,VD 即为太阳电池的端电压V，即
Iph
2.辐照不稳定度的检测
测试平面上同一点的辐照度随时间改变时：
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）
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3.光谱失配误差计算
光谱失配误差= 0 F T ,A 1 . 5 M () F S ,A 1 . 5 M ()B () 1 d
式 中：FT,AM1.5() FS,AM1.5( )
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
光强：1000W/m2 光谱分布：AM1.5 电池温度：25℃
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一、概述
3.1太阳模拟器
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 准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能参 数。
为了改善光谱匹配，最好的方法是设计光谱分布和标准 太阳光谱非常接近的精密型太阳模拟器。
iS,AM1.5( ) IS,AM1.5
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B(λ)-1定义为光谱，表示太阳模拟器光谱辐照度 esim(λ)和AM1.5的光谱辐照度eAM1.5(λ)的相对偏差.
esim ()eAM 1.5()B()1
eAM 1.5
即:
B() esim() eAM1.5()
两种特殊情况下光谱失配误差消失：一种是太阳模拟 器光谱和标准太阳光谱完全一致；另一种是被测太阳电池 的光谱响应和标准太阳电池的光谱响应完全一致。这两种 情况都难以严格实现，后一种更难实现，因为待测电池是 多种多样的。
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2.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AM0光谱。在地面上，由于太阳
D
Rsh
qV I IphI0expnkBT1
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1.短路电流:当太阳电池的输出端短路时，V = 0 （VD≈0），得:
Isc Iph
影响因素：面积、光强、温度
2.开路电压:当太阳电池的输出端开路时，I = 0，得:
VocnkqBTlnIIs0c 1
影响因素：光强、温度、材料特性
负载伏–安特性曲线如图所示
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3.填充因子（FF）：
最大输出功率与开路电 压和短路电 流乘积之比
FF Pm VmIm VocIsc VocIsc
4.转换效率（η）：
太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能Pin之比
I mVm Pin
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太阳电池测试
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
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稳态太阳模拟器 脉冲式太阳模拟器
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模拟器光源
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3.2 太阳模拟器光学特性检测
1.辐照不均匀度的检测
辐照不均匀度是对测试平面上不同点的辐照度而言的，当辐 照度不随时间改变时：
辐照不均匀度＝±（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。
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(λ)与短路电流I之比：
FT,AM1.5( )
iT,AM1.5( ) iT,AM1.5( )d
iT,AM1.5( ) IT,AM1.5
FS,AM1.5( )
iS,AM1.5( ) iS,AM1.5( )d
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Βιβλιοθήκη Baidu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。
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3.发光强度
发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写 cd。1cd是指单色光源（频率540X1012HZ，波长0.550微米） 的光，在给定方向上的单位立体角内发出的光强度，光源辐 射是均匀时，则光强为I=F/Ω，Ω为立体角，单位为球面度 （sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。
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二、太阳辐射的基本特性
1.辐照度
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。
对空间应用，规定的标准辐照度为1367W/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 600~900 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。