專利名稱：測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能的電利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量多結(jié)光伏電池量子 效率的方法和設(shè)備。技術(shù)背景為提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率，充分地利用太陽(yáng)輻射能，采用多結(jié) 型光伏電池是一種行之有效的途徑。 一般以高能隙半導(dǎo)體材料作為光進(jìn)入 的前結(jié)來(lái)吸收短波段太陽(yáng)光譜并增加其開(kāi)路電壓，而以低能隙半導(dǎo)體材料 作為后結(jié)來(lái)增強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)光譜中長(zhǎng)波段的吸收，從而增強(qiáng)光電流。在雙結(jié)非 晶硅半導(dǎo)體光伏電池中，人們有時(shí)也應(yīng)用同能隙材料做前、后結(jié)，減半各 單結(jié)電池中的光電流(同時(shí)產(chǎn)生雙倍的開(kāi)路電壓)來(lái)降低非晶硅材料的光 衰變特性，從而提高穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換效率。在多結(jié)結(jié)構(gòu)的光伏電池中，各結(jié)以串聯(lián)方法相連接，因此總輸出光電流 是受制于光電流最小的那一結(jié)，即電流限制結(jié)。為使總輸出光電流最大，各 結(jié)產(chǎn)生的光電流應(yīng)達(dá)到平衡。而每一級(jí)輸出的光電流密度是該結(jié)的量子效率 和太陽(yáng)光譜的巻積。所以測(cè)量構(gòu)成多結(jié)光伏電池的各單結(jié)量子效率在多結(jié)結(jié) 構(gòu)的光伏電池生產(chǎn)控制中是非常重要的，但在多結(jié)光伏電池中各結(jié)以串聯(lián)方 法相連接，現(xiàn)有的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備只能對(duì)整體光伏電池的量子效率進(jìn)行 測(cè)量，尚沒(méi)有一種可以有效測(cè)量多結(jié)光伏電池中各單結(jié)量子效率的方法和設(shè)備O發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量多結(jié)光伏電池中量子效率的方法和設(shè)備， 可以有效測(cè)量多結(jié)光伏電池中的單結(jié)量子效率。本發(fā)明提供的測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率的方法是:將被測(cè)多結(jié)光伏電 池放在由單色儀產(chǎn)生單色光的光路上，用紅色發(fā)光二極管作為色光偏置照在 被測(cè)的多結(jié)光伏電池上，用單色光做探測(cè)光，進(jìn)行太陽(yáng)光譜的全波段掃描， 測(cè)量前結(jié)的量子效率，再用藍(lán)色發(fā)光二極管作為色光偏置照在被測(cè)的多結(jié)光 伏電池上，用單色光做探測(cè)光，進(jìn)行太陽(yáng)光譜的全波段掃描，測(cè)量后結(jié)的量 子效率，測(cè)量時(shí)使被測(cè)多結(jié)光伏電池處于正向偏壓，使處于負(fù)電壓偏置狀態(tài) 下的被測(cè)量結(jié)(即電流限制結(jié))回到總電壓偏置為零的狀態(tài)。本發(fā)明提供了實(shí)施上述方法的測(cè)量設(shè)備，該測(cè)量設(shè)備由計(jì)算機(jī)、單色儀、鎖相放大器組成，將被測(cè)多結(jié)光伏電池的輸出接鎖相放大器的信號(hào)輸入 端，鎖相放大器的輸出送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)控制單色儀的工作，其特點(diǎn)是設(shè) 備上還有由計(jì)算機(jī)控制的色光偏置驅(qū)動(dòng)電路和接在驅(qū)動(dòng)電路中的紅色與藍(lán) 色發(fā)光二極管。本發(fā)明提供的測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率的方法，首先用紅色發(fā)光二極 管作為偏置光照在被測(cè)的多結(jié)光伏電池上，造成電池的前結(jié)為電流限制結(jié)， 此時(shí)用單色光做探測(cè)光，進(jìn)行太陽(yáng)光譜的全波段掃描，即可測(cè)得前結(jié)的量子效率QE前(入)。再以藍(lán)色發(fā)光二極管作為偏置光，造成后結(jié)電池為電流 限制結(jié)，再用單色光做探測(cè)光，進(jìn)行太陽(yáng)光譜的全波段掃描，就可得到后結(jié) 的量子效率QE后(X )。然后分別按下式計(jì)算前后結(jié)的光電流密度^(:前=/ QE前(入)(T ( X ) dX JSC后-J QE后(入)cj ( X ) dX 其中C7 ( X)是標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜。 因?yàn)樵诙嘟Y(jié)結(jié)構(gòu)的光伏電池中，各結(jié)以串聯(lián)方法相連接，因此總輸出光 電流密度是受制于光電流最小的那一結(jié)，即電流限制結(jié)。測(cè)量時(shí)使被測(cè)多結(jié) 光伏電池處于正向偏壓，使處于負(fù)電壓偏置狀態(tài)下的被測(cè)量結(jié)(即電流限制 結(jié))回到總電壓偏置為零的狀態(tài)，有效地去除了擴(kuò)散電流的影響，保證了測(cè) 量結(jié)果的正確。本發(fā)明提供了實(shí)施上述方法的測(cè)量設(shè)備，該測(cè)量設(shè)備的全部測(cè)量過(guò)程由 計(jì)算機(jī)控制。將裝有被測(cè)多結(jié)光伏電池的樣品架，放置在單色儀的光路上， 由單色儀發(fā)射的單色光應(yīng)覆蓋被測(cè)電池的表面。由計(jì)算機(jī)向單色儀發(fā)出啟動(dòng) 信號(hào)，單色儀啟動(dòng)的同時(shí)計(jì)算機(jī)向色光偏置驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，首先點(diǎn) 亮紅色發(fā)光二極管，紅色發(fā)光二極管發(fā)出的紅光照在被測(cè)光伏電池表面，此 時(shí)單色儀按太陽(yáng)光譜進(jìn)行全波段掃描，被測(cè)光伏電池產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)鎖相放 大器放大后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)在程序的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并繪制前 結(jié)量子效率的光譜響應(yīng)曲線和計(jì)算前結(jié)的短路電流密度；當(dāng)此次全波段掃描 結(jié)束時(shí)，由計(jì)算機(jī)向色光偏置驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，熄滅紅色發(fā)光二極管， 點(diǎn)亮藍(lán)色發(fā)光二極管，藍(lán)色發(fā)光二極管發(fā)出的藍(lán)光照在被測(cè)光伏電池表面， 此時(shí)單色儀再次按太陽(yáng)光譜進(jìn)行全波段掃描，被測(cè)光伏電池產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng) 鎖相放大器放大后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)在程序的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并 繪制后結(jié)量子效率的光譜響應(yīng)曲線和計(jì)算后結(jié)的短路電流密度。本發(fā)明提供了一種測(cè)量多結(jié)光伏電池中量子效率的方法，巧妙地利用了"在多結(jié)結(jié)構(gòu)的光伏電池中，各結(jié)以串聯(lián)方法相連接，因此總輸出光電流是 受制于光電流最小的那一結(jié)，即電流限制結(jié)"的特點(diǎn)，^^別利用紅色和藍(lán)色 發(fā)光二極管做色光偏置，用單色光進(jìn)行全波段掃描，紅色發(fā)光二極管做色光偏置時(shí)，造成前結(jié)為電流限制結(jié)，測(cè)多結(jié)光伏電池的前結(jié)量子效率；藍(lán)色發(fā) 光二極管做色光偏置時(shí)，造成后結(jié)為電流限制結(jié)，測(cè)多結(jié)光伏電池的后結(jié)量 子效率，本發(fā)明提供了一種有效測(cè)量多結(jié)光伏電池中的單結(jié)量子效率的方 法。解決了現(xiàn)有的測(cè)量方法只能對(duì)整體光伏電池的量子效率進(jìn)行測(cè)量，尚沒(méi) 有一種可以有效測(cè)量各單結(jié)的量子效率方法的問(wèn)題。本發(fā)明所提供的實(shí)施這種測(cè)量方法的設(shè)備，在原有測(cè)量整體光伏電池量 子效率設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加了由計(jì)算機(jī)控制的色光偏置驅(qū)動(dòng)電路和接在驅(qū)動(dòng) 電路中的紅色與藍(lán)色發(fā)光二極管。采用紅色和藍(lán)色發(fā)光二極管作色光偏置， 發(fā)光二極管電光轉(zhuǎn)換效率高，只需消耗幾十毫安的電流，就可產(chǎn)生足夠的光 強(qiáng)，形成色光限制結(jié)；使用發(fā)光二極管所需的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，發(fā)光二極管小 巧、輕便，十分容易直接安裝在被測(cè)光伏電池前端，而不擋住單色探測(cè)光， 發(fā)光二極管具有單色性好、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，該測(cè)量設(shè)備有效地解決了現(xiàn) 有測(cè)量設(shè)備只能測(cè)量整體多結(jié)光伏電池的量子效率，無(wú)法測(cè)量多結(jié)光伏電池 的單結(jié)量子效率的問(wèn)題，本發(fā)明所提供的測(cè)量設(shè)備采用發(fā)光二極管作為輔助 光源提供色光偏置，從而獲得多結(jié)型光伏電池中單結(jié)的量子效率，進(jìn)而指導(dǎo) 工藝優(yōu)化的方向，平衡諸單結(jié)的電流，最終達(dá)到提高多結(jié)型光伏電池的光電 轉(zhuǎn)換效率的目的。


圖1為實(shí)施本發(fā)明所提供的測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率方法的測(cè)量設(shè) 備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為色光偏置驅(qū)動(dòng)電路一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖3為用本發(fā)明所提供的的測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率方法和測(cè)量設(shè) 備測(cè)量光伏電池前結(jié)和后結(jié)量子效率的光譜響應(yīng)圖。圖1、圖2中1、計(jì)算機(jī)，2、單色儀，3、鎖相放大器，4、色光偏 置驅(qū)動(dòng)電路，5、被測(cè)光伏電池，6、樣品架，LED1:紅色發(fā)光二極管，LED2: 藍(lán)色發(fā)光二極管，Rh R2:電阻，Vl、 VT2:場(chǎng)效應(yīng)管。圖3中I:前結(jié)量子效率的光譜響應(yīng)曲線，n:后結(jié)量子效率的光譜響應(yīng)曲線，HI:前、后結(jié)量子效率和的光譜響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合

本發(fā)明的實(shí)施。圖1為實(shí)施本發(fā)明所提供的測(cè)量多結(jié) 光伏電池量子效率方法的測(cè)量i殳備結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知實(shí)施本發(fā)明所提 供的測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率方法的測(cè)量設(shè)備由計(jì)算機(jī)l，單色儀2，鎖 相放大器3，色光偏置驅(qū)動(dòng)電路4，紅色、藍(lán)色發(fā)光二極管LEDh LED2組 成。將裝有被測(cè)多結(jié)光伏電池5的樣品架6，放置在單色儀2的光路上，由 單色儀2發(fā)射的單色光應(yīng)覆蓋被測(cè)多結(jié)光伏電池5的表面。將被測(cè)多結(jié)光伏 電池5的輸出接鎖相放大器3的信號(hào)輸入端，鎖相放大器3的輸出送入計(jì)算 機(jī)1 ，計(jì)算機(jī)控制單色儀2和色光偏置驅(qū)動(dòng)電路4的工作。圖2為色光偏置 驅(qū)動(dòng)電路4一個(gè)實(shí)施例的電路圖。由圖可知由兩只場(chǎng)效應(yīng)管VTi、 VT2和 兩只限流電阻Rh R2構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)分支，紅、藍(lán)色發(fā)光二極管LEDh LED2接在驅(qū)動(dòng)電路兩個(gè)分支上，由限流電阻&接低壓電源后依次接紅色發(fā) 光二極管LEA和場(chǎng)效應(yīng)管VT\構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)分支；由限流電阻R2 接低壓電源后依次接藍(lán)色發(fā)光二極管LED2和場(chǎng)效應(yīng)管VT2串接構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電 路的另一個(gè)分支，場(chǎng)效應(yīng)管VTh VT2的柵極接計(jì)算機(jī)的串口。下面簡(jiǎn)單說(shuō) 明本發(fā)明所提供測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率的測(cè)量設(shè)備的工作過(guò)程。當(dāng)計(jì)算 機(jī)向單色儀發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)的同時(shí)計(jì)算機(jī)向色光偏置驅(qū)動(dòng)電路4發(fā)出驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，首先在程序的控制下接通計(jì)算機(jī)的串口和場(chǎng)效應(yīng)管V^的柵極，由計(jì)算 機(jī)的串口向場(chǎng)效應(yīng)管VT\的柵極發(fā)送5V的電平信號(hào)，場(chǎng)效應(yīng)管VTi導(dǎo)通點(diǎn) 亮紅色發(fā)光二極管LEDi，發(fā)出的紅光照在被測(cè)光伏電池表面，此時(shí)單色儀 按太陽(yáng)光譜進(jìn)行全波段掃描，被測(cè)光伏電池產(chǎn)生的電信號(hào)由經(jīng)鎖相放大器放 大后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)在程序的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并繪制前結(jié)量子 效率的光譜響應(yīng)曲線和計(jì)算前結(jié)的短路電流密度；當(dāng)此次全波段掃描結(jié)束 時(shí)，由計(jì)算機(jī)在程序的控制下切斷計(jì)算機(jī)的串口和場(chǎng)效應(yīng)管VTi柵極的通 道，熄滅紅色發(fā)光二極管LEDb在程序的控制下接通計(jì)算機(jī)的串口和場(chǎng)效 應(yīng)管VT2的柵極，由計(jì)算機(jī)的串口向場(chǎng)效應(yīng)管VT2的柵極發(fā)送5V的電平信 號(hào)，場(chǎng)效應(yīng)管VT2導(dǎo)通點(diǎn)亮藍(lán)色發(fā)光二極管LED2，發(fā)出的藍(lán)光照在被測(cè)光 伏電池表面，此時(shí)單色儀再次按太陽(yáng)光譜進(jìn)行全波段掃描，被測(cè)光伏電池產(chǎn) 生的電信號(hào)經(jīng)鎖相放大器放大后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)在程序的控制下進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理，并繪制后結(jié)量子效率的光譜響應(yīng)曲線和計(jì)算后結(jié)的短路電流。整 個(gè)測(cè)量過(guò)程都應(yīng)使被測(cè)多結(jié)光伏電池處于正向偏壓，使處于負(fù)電壓偏置狀態(tài) 下的被測(cè)量結(jié)(即電流限制結(jié))回到總電壓偏置為零的狀態(tài)。該實(shí)施例色光 偏置驅(qū)動(dòng)電路中的場(chǎng)效應(yīng)管VTh VT2采用IRF530。圖3為用本發(fā)明所提供的測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率設(shè)備測(cè)量光伏電池前結(jié)和后結(jié)量子效率的光譜響應(yīng)圖，其中曲線i為前結(jié)量子效率的光譜響應(yīng)曲線，曲線n為后結(jié)量 子效率的光譜響應(yīng)曲線，曲線m為前、后結(jié)量子效率和的光譜響應(yīng)曲線。此次測(cè)量前結(jié)的光電流密度JSCl-5.38mA/m 后結(jié)的光電流密度JSC2=6.43 mA/m2。此測(cè)量數(shù)據(jù)表示多結(jié)光伏電池的前、后結(jié)電流不平衡，還需進(jìn)行工 藝調(diào)整平衡諸單結(jié)的電流，最終達(dá)到提高多結(jié)型光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率的 目的。
權(quán)利要求
1. 一種測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率的方法，其特征是將被測(cè)多結(jié)光伏電池放在由單色儀產(chǎn)生單色光的光路上，用紅色發(fā)光二極管作為色光偏置照在被測(cè)的多結(jié)光伏電池上，用單色光做探測(cè)光，進(jìn)行太陽(yáng)光譜的全波段掃描，測(cè)量前結(jié)的量子效率，再用藍(lán)色發(fā)光二極管作為色光偏置照在被測(cè)的多結(jié)光伏電池上，用單色光做探測(cè)光，進(jìn)行太陽(yáng)光譜的全波段掃描，測(cè)量后結(jié)的量子效率，測(cè)量時(shí)使被測(cè)多結(jié)光伏電池處于正向偏壓，使處于負(fù)電壓偏置狀態(tài)下的被測(cè)量結(jié)回到總電壓偏置為零的狀態(tài)。
2、 一種測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率的設(shè)備，由計(jì)算機(jī)、單色儀、鎖相 放大器組成，將被測(cè)多結(jié)光伏電池的輸出接鎖相放大器的信號(hào)輸入端，鎖相 放大器的輸出送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)控制單色儀的工作，其特征是設(shè)備上還有 由計(jì)算機(jī)控制的色光偏置驅(qū)動(dòng)電路和接在驅(qū)動(dòng)電路中的紅色與藍(lán)色發(fā)光二 極管。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能的電利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量多結(jié)光伏電池量子效率的方法和設(shè)備。測(cè)量方法是分別用紅色LED和藍(lán)色LED作為色光偏置照在被測(cè)的多結(jié)光伏電池上，用單色光做探測(cè)光，進(jìn)行太陽(yáng)光譜的全波段掃描，測(cè)量前、后結(jié)的量子效率。測(cè)量設(shè)備由計(jì)算機(jī)、單色儀、鎖相放大器、LED驅(qū)動(dòng)電路和接在驅(qū)動(dòng)電路中的紅色LED與藍(lán)色LED組成，將被測(cè)多結(jié)光伏電池的輸出電信號(hào)由鎖相放大器放大后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制單色儀和LED驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明所提供的測(cè)量方法和設(shè)備有效地解決了測(cè)量多結(jié)光伏電池中的單結(jié)量子效率的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101266170SQ20081001583
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者孫嵩泉, 寧海洋, 毅 羅, 陳良范 申請(qǐng)人:蚌埠市普樂(lè)新能源有限公司