光伏器件测试方法及测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测量和计算串联太阳能电池

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光伏器件测试方法及测试装置


[0001]本专利技术涉及光伏器件的领域
。
更特别地，本专利技术涉及测试多结光伏电池和器件的方法
。
本专利技术还涉及用于测量在模拟太阳光下多结光伏器件的光电特性的测试设备
。
[0002]本专利技术的特别有利的应用是以高速和低成本的方式测试多结光伏电池
。

技术介绍

[0003]太阳能电池的性能基本上受限于任何太阳能电池设计中存在的固有损耗机制
。
典型的损耗是由于例如黑体辐射或复合损耗
(
两者分别占损耗的7％和
10
％
)
造成的
。
但是主要的损耗机制是如下事实：太阳能电池不可能将所有辐射的太阳光提取到太阳能电池上，包括太阳能电池无法从某些缺乏能量的光子中提取任何能量
。
光子需要有足够的能量来克服太阳能电池材料的带隙
。
[0004]如果光子的能量小于太阳能电池材料的带隙，光子将无法在电子和空穴中转换
。
例如，传统的太阳能电池对大部分红外光谱不敏感，即使这些红外光谱代表了由太阳提供的主要势能部分
。
另一方面，能量高于带隙的光子，例如蓝光，会将电子射出到高于带隙的状态
。
额外的能量只是因为碰撞过程而损失了，该碰撞过程将这些损失的能量作为热量提供给太阳能电池
。
[0005]如果综合所有损耗因素，传统硅电池的效率会通常低于
30
％
。
如果考虑其他损耗，例如反射损耗或在电荷收集导体处的损耗，现代太阳能电池的效率约为
23
％至
26
％
。
[0006]在其他可能的半导体中，硅是一个很好的选择，因为其在低带隙材料和高带隙材料之间提供了良好的平衡，即
1.1
电子伏特
(eV)
的带隙对应于
1100
纳米
(nm)
的波长，也就是近红外波长
。
[0007]因此，已经提出了由不同材料并且因此不同带隙制成的多层太阳能电池
。
例如，太阳能电池可以具有调谐到光谱的红色部分的第一层和调谐到光谱的绿色部分的第二层
。
类似于针对单层太阳能电池的分析，可以证明双隙器件的理想带隙为
0.77eV
和
1.7eV。
也称为多结电池的多层太阳能电池是通过在入射光一侧实现最短波长的高带隙层而制成的
。
接下来的层是相继的降低的带隙层
。
当光子穿过多层电池时，需要透明层来分隔这些层
。
图1示出了包括顶部电池和底部电池的典型双层太阳能电池的电路图
。
[0008]传统的太阳模拟器主要旨在测量单结地面
PV
器件在类似太阳照明下的电流和电压
(IV)
特性
。
太阳模拟器由稳定的光源组成，该光源尽可能近的匹配太阳光谱特性，并且在指定的测试区域上实现均匀照明
。
在生产过程中，
PV
器件通常使用脉冲太阳模拟器来进行特性分析，因为与连续光太阳模拟器相比，脉冲太阳模拟器更便宜
、
需要更少的维护
、
并且消耗更少的能量
。
[0009]多结
PV
器件主要是为空间应用而开发的，因为其与单结地面
PV
器件相比，提供了更高的效率但是成本高得多
。
多结
PV
器件的特性分析通常需要一组参考的
、
经过校准的单结电池，其代表多结子电池的各自吸收体
。
它们用于校准太阳模拟器的光谱辐照度
。
此种专门针对空间应用的方法成本高昂
、
技术复杂，因为其要求太阳模拟器具有可调光谱，而这是
一种需要设计的复杂器件
。
该方法还需要建立参考组件光伏电池，用于对光谱校准进行校准
。
另一个缺点是，此种测试方法和器件依赖于如下假设：参考组件电池能够代表被测试的多结
PV
器件的特性
。
[0010]迄今为止，用于地面应用的多结
PV
器件主要开发为薄膜化合物
。
如今，新兴技术，例如串联钙钛矿
/
硅电池，产生了非常有希望的效率，并且有望以低成本生产
。
这些电池在工业生产过程中的特性分析必须以合理的成本进行，并且在技术上必须是易于实施的
。
特性分析方法要求光源在足够长的时间内保持稳定，长于被测试的器件的固有稳定时间，而氙气闪光灯通常无法实现，但是基于发光二极管
(Light
‑
Emitting Diode
，
LED)
的光源却可以实现
。
光源的光谱必须足够接近国际标准
IEC 60904
‑3中定义的
AM 1.5
，并且测量方法必须符合国际标准
IEC 60904
‑1和
IEC 60904
‑1‑1中定义的过程
。
[0011]国际标准
IEC 60904
‑3在以下网站上有描述：
https://webstore.iec.ch/publication/64682。
国际标准
IEC60904
‑1‑1在以下网站上有描述：
https://webstore.iec.ch/publication/29335。
[0012]因此，在多结
PV
电池的工业生产过程中需要特性分析方法，该方法必须使用在技术上易于实现的装置以低成本和高速的方式提供
。

技术实现思路

[0013]本专利技术提出的测试方法和测试装置解决了使用能够对多结器件的
IV
曲线进行特性分析的装置和调整方法以合理成本实现特性分析方法的难题
。
此外，本专利技术提出的测试方法和测试装置可以在根据上述国际标准
AM 1.5
的照明下提取其结电流的失配，而无需使用单结和
/
或校准的参考电池或通过附加地测量器件的光谱响应或量子效率
。
本专利技术提出的测试方法和测试装置用了脉冲的且经滤波的光源的接近根据标准
AM 1.5
的参考太阳光光谱的优异光谱匹配的优点，并且将其与至少两个窄带光源相结合，这些窄带光源可以根据对各个结进行稳定测量的要求，在一段时间内提供光强度
。
可以例如通过
LED
阵列来实现此类光源
。
脉冲光源优选地为脉冲氙气光源
。
[0014]在第一方面，本专利技术通过用于测试多结太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种测量和计算串联太阳能电池
(100)
的多个结之间的电流失配和电流
‑
电压曲线
(IV)
的方法，所述串联太阳能电池
(100)
包括至少两个太阳能子电池；所述方法在根据照明标准
AM 1.5
的模拟太阳辐照度下执行，并且包括以下步骤
(A
至
L)
：
A)
提供至少一个第一光源
(S1)
，用于提供具有对应于国际标准
AM 1.5
的光谱的光束
(10)
；
B)
提供至少两个窄带宽光源
(S21，
S22)
，用于提供至少两个不同的光束
(12
，
14)
，所述至少两个不同的光束
(12
，
14)
中的每个光束主要被所述至少两个子电池中之一吸收；
C)
使用所述第一光源
(S1)
照明所述串联太阳能电池
(100)
，以获取所述串联太阳能电池
(100)
的短路电流
(Isc)
；
D)
用所述第一光源
(S1)
照明所述串联太阳能电池，并且同时通过至少第二光源和第三光源
(S21、S22)
中之一增加附加的光阶强度，以获取短路电流相对于所获取的参考短路电流的变化的偏移值
(
δ
Isc)
；
E)
使用照明步骤
D
期间在低附加光强度阶度处获取的电流数据，实现第一插值曲线
(I)
；
F)
使用所述照明步骤
D
期间的高附加光强度阶度，实现第二插值曲线
(II)
；
G)
定义所述第一插值曲线和所述第二插值曲线
(I
，
II)
的交点
(IP)
，所述交点
(IP)
定义了第一结短路电流和第二结短路电流的等于1的平衡比
Bal
12
；
H)
计算所述串联太阳能电池
(100)
在所述交点处的短路电流
Iscmatch
；
I)
根据在所述步骤
H
中确定的参数，确定多个结之间电流的失配
(Bal12,ref)
；
J)
在不使用所述第一光源照明而仅使用所述第二光源和所述第三光源
(S21、S22)
的情况下，重复步骤
D
至
I
；
K)
计算所述第二光源和所述第三光源
(S21、S22)
的必要光强度，以通过对所述光源
(S21、S22)
使用适应性增益，来实现相同的平衡比
Bal12(S2)
＝
Bal12(S1)
和相同的短路电流
Isc(S2)
＝
Isc(S1)
，从而使得所述光源
(S21、S22)
的组合
(S2)
提供与仅使用所述第一光源
S1
照明时相同的太阳能电池
100
的测试结果；
L)
根据步骤
K
，使用作为所述光源
(S21、S22)
的光学组合
(S2)
的光源来照明要被测试的太阳能电池
(100)
，并且提供所述串联太阳能电池
(100)
的所述电流
‑
电压曲线
I
‑
V。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一插值和所述第二插值是线性插值
。3.
根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用2个以上不同的窄带光源
(S2
N
)
，
N
可能为至少4个
、
可能为至少5个
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉勒斯，
申请(专利权)人：帕山股份公司，
类型：发明
国别省市：