本發(fā)明涉及太陽能光伏電池和組件的光衰技術(shù)，具體地說是一種可以在某個(gè)波段，或者全日光光譜波段產(chǎn)生若干個(gè)太陽輻照強(qiáng)度的，可以用來對(duì)硅太陽能電池及其組件進(jìn)行快速光衰實(shí)驗(yàn)或光衰檢驗(yàn)的一種以led為光源的硅太陽能電池快速光衰裝置。

背景技術(shù)：

由于硅太陽能電池表面鈍化技術(shù)的不斷完善，晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率不斷得到提升。目前含有正背面雙層鈍化膜的晶體硅太陽能電池（perc）已經(jīng)得到商業(yè)化量產(chǎn)；單晶perc電池的平均量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破21%；多晶perc電池的量產(chǎn)效率也接近或超過20%。

由于表面鈍化技術(shù)的日趨完善，使得晶體硅太陽能電池對(duì)于體材料的要求日益嚴(yán)苛，具體就表現(xiàn)在晶體硅太陽能電池的光致衰減方面。晶體硅太陽能電池的光致衰減主要認(rèn)為是由硅材料中的氧所引起的。在硅片的制備過程中不可避免地會(huì)引入一些極少量的氧原子。這些氧原子與p型硅中的摻雜劑硼可以形成硼氧復(fù)合體。這些復(fù)合體會(huì)束縛住硅片內(nèi)的少數(shù)載流子——電子，從而導(dǎo)致硅片的少子壽命下降，電池轉(zhuǎn)換效率下降。這種衰減通常發(fā)生在有載流子注入的情況下。由于太陽電池經(jīng)過光照后便會(huì)自身產(chǎn)生載流子，因此這種衰減也就稱之為光致衰減（光衰）。之前的太陽電池，通常背面沒有進(jìn)行表面鈍化，直接由硅片與金屬電極接觸，故載流子的復(fù)合速率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于材料內(nèi)部硼氧復(fù)合體帶來的載流子復(fù)合速率。因此之前的太陽電池存在光衰，但是光衰幅度并不是太大。正常情況下經(jīng)過5h氙燈模擬日光照射（1kw/m²），單晶電池效率相對(duì)光衰率也就2%左右，多晶則更小。但是經(jīng)過正背面雙面鈍化后，電池表面的復(fù)合速率大幅度降低，以至于硼氧復(fù)合體形成后的硅片體內(nèi)復(fù)合速率成為影響材料少子壽命和電池轉(zhuǎn)換效率的主要因素。一般情況下，perc電池經(jīng)過5h氙燈模擬日光照射（1kw/m²）轉(zhuǎn)換效率相對(duì)光衰率可以達(dá)到5%甚至更高。

光衰需要一個(gè)過程，一般在氙燈光源輻照下，當(dāng)電池表面輻照功率達(dá)到1kw/m²時(shí)，電池表面溫度控制在60度以下，照射5至6小時(shí)，電池轉(zhuǎn)換效率可以衰減到最低。為保證太陽電池的品質(zhì)，光衰率是一個(gè)必須頻繁抽檢的指標(biāo)之一。但是每次數(shù)個(gè)小時(shí)的輻照，占有較長時(shí)間，很難做到檢驗(yàn)結(jié)果的及時(shí)化；另外氙燈的輻照功率畢竟有限，想要快速、及時(shí)地反映光衰檢驗(yàn)結(jié)果就需要開發(fā)新型光源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問題，提供一種以led為光源的硅太陽能電池快速光衰裝置，將打破現(xiàn)有普遍應(yīng)用的金鹵燈、氙燈等光源，用穩(wěn)定的、廉價(jià)的、高光強(qiáng)的、長壽命的固態(tài)發(fā)光器件led作為光源，使得大大降低裝備制造成本和維護(hù)成本成為可能；也使得快速、及時(shí)反映硅太陽能電池光衰檢驗(yàn)結(jié)果成為可能。

按照本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種以led為光源的硅太陽能電池快速光衰裝置，包括機(jī)箱殼體、led光源機(jī)構(gòu)、光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)、邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)、光強(qiáng)檢測機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)控制裝置、光衰平臺(tái)、led燈陣風(fēng)冷裝置以及l(fā)ed基板冷卻水通道；

機(jī)箱殼體呈長方體框形結(jié)構(gòu)，機(jī)箱殼體將整個(gè)裝置包裹；述機(jī)箱殼體內(nèi)部中央位置設(shè)置有l(wèi)ed光源機(jī)構(gòu)；在led光源機(jī)構(gòu)的左右端兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)led燈陣風(fēng)冷裝置；在所述led光源機(jī)構(gòu)的下方設(shè)置光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)；同時(shí)在光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)下方，沿光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)邊緣，設(shè)置一圈一定高度的邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)，以進(jìn)一步防止光線外泄；

在緊靠邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)的下方，設(shè)置有光衰平臺(tái)；

所述光衰平臺(tái)采用抽屜式結(jié)構(gòu)，可以抽出與推入，以便于光衰處理的太陽能電池片的取放；

在所述光衰平臺(tái)上設(shè)置有光強(qiáng)檢測機(jī)構(gòu)；

led光源機(jī)構(gòu)的基板上設(shè)置有l(wèi)ed基板冷卻水通道；

在整個(gè)led光源機(jī)構(gòu)的上方，設(shè)置有驅(qū)動(dòng)控制裝置，所述驅(qū)動(dòng)控制裝置固定在機(jī)箱殼體內(nèi)部的最上方；

led光源機(jī)構(gòu)采用水冷和風(fēng)冷雙重冷卻的方式。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：led光源機(jī)構(gòu)通過led基板冷卻水通道實(shí)現(xiàn)水冷的冷卻方式；

led基板冷卻水通道包括led光源基板、冷卻水進(jìn)水口和冷卻水出水口，led光源基板上并排間隔設(shè)置有多個(gè)散熱片。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：led光源機(jī)構(gòu)通過燈陣風(fēng)冷裝置實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷的冷卻方式。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：驅(qū)動(dòng)控制裝置包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制器和一個(gè)參數(shù)顯示器。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)包括多組透鏡。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)包括多組反射鏡。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：led光源機(jī)構(gòu)由多個(gè)led燈珠按照一定的光學(xué)設(shè)計(jì)矩陣式排列。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：燈陣風(fēng)冷裝置為冷卻風(fēng)扇或冷風(fēng)機(jī)。

本發(fā)明的有益效果在于：傳統(tǒng)的氣體光源（如金鹵燈，氙燈）穩(wěn)定性差，壽命短，價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高，實(shí)驗(yàn)或檢驗(yàn)周期長。如果使用激光作為光源，雖然可以增大光強(qiáng)，縮短光衰時(shí)間，但是激光光源本身加之光學(xué)系統(tǒng)價(jià)格更加高昂，產(chǎn)業(yè)界是承擔(dān)不起的。本發(fā)明以led為光源，有效克服上述缺點(diǎn)。本發(fā)明需要特別處理的問題是，led發(fā)熱的處理，如果處理不當(dāng)將嚴(yán)重影響發(fā)光效率和壽命；以及在高光強(qiáng)輻照下電池的溫控問題。在本設(shè)計(jì)中，采用高效率且低成本的散熱方式，使產(chǎn)生的熱量能在很短的時(shí)間內(nèi)迅速散掉，以保證整個(gè)裝置的可靠運(yùn)行；同時(shí)使用半導(dǎo)體溫控平臺(tái)來有效控制光衰樣品的溫度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明以led為光源的硅太陽能電池快速光衰裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明中的光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)的示意圖

圖3為本發(fā)明中的邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)的示意圖

圖4為本發(fā)明中的led基板冷卻水進(jìn)水通道與外部連接示意圖

圖5為本發(fā)明中的led燈珠陣列風(fēng)冷裝置示意圖

圖中所示：1、led光源機(jī)構(gòu)，2、光衰平臺(tái)，3、光強(qiáng)檢測裝置，4、光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)，5、邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)，6、驅(qū)動(dòng)控制裝置，7、冷卻水進(jìn)水口，8、冷卻水出水口，9、led燈陣風(fēng)冷裝置，10、機(jī)箱殼體，11、透鏡，12、反射鏡，14、led基板冷卻水通道，15、led燈珠，16、散熱片，17、冷卻水循環(huán)機(jī)，18、冷卻風(fēng)扇，19、led光源基板，20、進(jìn)風(fēng)口，21、出風(fēng)口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1-5所示，

一種以led為光源的硅太陽能電池快速光衰裝置，如圖1所示，包括機(jī)箱殼體10、led光源機(jī)構(gòu)1、光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)4、邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)5、光強(qiáng)檢測機(jī)構(gòu)3、驅(qū)動(dòng)控制裝置6、光衰平臺(tái)2、led燈陣風(fēng)冷裝置9以及l(fā)ed基板冷卻水通道14；

機(jī)箱殼體10呈長方體框形結(jié)構(gòu)，機(jī)箱殼體將整個(gè)裝置包裹；機(jī)箱殼體10內(nèi)部中央位置設(shè)置有l(wèi)ed光源機(jī)構(gòu)1；在led光源機(jī)構(gòu)1的左右端兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)led燈陣風(fēng)冷裝置9；在led光源機(jī)構(gòu)1的下方設(shè)置光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)4；同時(shí)在光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)下方，沿匯聚機(jī)構(gòu)邊緣，設(shè)置一圈一定高度的邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)5，以進(jìn)一步防止光線外泄；

在緊靠邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)5的下方，設(shè)置有光衰平臺(tái)2；

光衰平臺(tái)2采用抽屜式結(jié)構(gòu)，可以抽出與推入，以便于光衰處理的太陽能電池片的取放；

在光衰平臺(tái)2上設(shè)置有光強(qiáng)檢測機(jī)構(gòu)3；

led光源機(jī)構(gòu)1的基板上設(shè)置有l(wèi)ed基板冷卻水通道；

在整個(gè)led光源機(jī)構(gòu)1的上方，設(shè)置有驅(qū)動(dòng)控制裝置6，驅(qū)動(dòng)控制裝置6通過框架固定在機(jī)箱殼體10內(nèi)部的最上方；

由于led長時(shí)間工作會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果這些熱量不及時(shí)散去會(huì)大大影響led的發(fā)光效率和光源壽命；本發(fā)明中l(wèi)ed光源機(jī)構(gòu)1采用高效率的冷卻裝置，采用水冷和風(fēng)冷雙重冷卻方式，為裝置的正常工作提供保障。

水冷方式，是通過循環(huán)冷卻水對(duì)光源進(jìn)行冷卻。本發(fā)明中通過設(shè)置led基板冷卻水通道實(shí)現(xiàn)水冷，如圖4所示，led基板冷卻水通道包括led光源基板19、冷卻水進(jìn)水口7和冷卻水出水口8，冷卻水進(jìn)水口7與外部冷卻水循環(huán)機(jī)17的出水孔連接；冷卻水出水口8與外部冷卻水循環(huán)機(jī)的回水孔連接從而實(shí)循環(huán)水冷，圖中箭頭為水流方向，led光源基板19上并排間隔設(shè)置有多個(gè)散熱片16，以增大基板與冷卻水的接觸面積，達(dá)到更為快速的散熱效果，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)水冷。

風(fēng)冷系統(tǒng)，是指通過風(fēng)冷機(jī)構(gòu)，將冷風(fēng)導(dǎo)至led燈珠陣列表面，吹散燈珠陣列表面的熱量。如圖5所示，led光源機(jī)構(gòu)1通過在兩側(cè)設(shè)置燈陣風(fēng)冷裝置9實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷；燈陣風(fēng)冷裝置9為冷卻風(fēng)扇或冷風(fēng)機(jī)，此處采用冷卻風(fēng)扇18結(jié)構(gòu)，冷風(fēng)從冷卻風(fēng)扇18發(fā)出，通過進(jìn)風(fēng)口20，導(dǎo)至led燈珠15陣列表面，從而吹散led燈珠15陣列表面的熱量，然后冷風(fēng)攜帶led燈珠15產(chǎn)生的熱量從出風(fēng)口21溢出。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：驅(qū)動(dòng)控制裝置包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制器和一個(gè)參數(shù)顯示器。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)4包括多組透鏡11。如圖2所示，由于led發(fā)出的光線具有一定的發(fā)散角，在led光源機(jī)構(gòu)1下方設(shè)置有光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)4，光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)包括多組透鏡11，通過透鏡11的作用，將光線進(jìn)行匯聚，減少發(fā)散，使光均勻地集中在光衰平臺(tái)2上的一個(gè)設(shè)定的區(qū)域，圖中箭頭為光線發(fā)出路徑。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)5包括多組反射鏡12。如圖3所示，由于經(jīng)過匯聚的光線可能還存在少量的外泄光，因此在光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)4下方設(shè)置一定高度的邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)5，此處邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)5包括多組反射鏡12，通過反射鏡12，將外泄光反射回光衰平臺(tái)2的特定區(qū)域，圖中箭頭所示為光線的發(fā)出路徑。

對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)：led光源機(jī)構(gòu)1由多個(gè)led燈珠15按照一定的光學(xué)設(shè)計(jì)矩陣式排列，本發(fā)明按照中心對(duì)稱的順序排列的，以保證均勻性。

具體實(shí)施過程：led光源機(jī)構(gòu)1是該裝置的核心部分，其發(fā)出的光的強(qiáng)度可調(diào)節(jié)并能達(dá)到所需的輻照強(qiáng)度，由led作為光源提供初始光，然后經(jīng)過光學(xué)匯聚機(jī)構(gòu)4、邊緣光學(xué)反射機(jī)構(gòu)5將光均勻輻照到一個(gè)設(shè)定的區(qū)域。

具體調(diào)節(jié)方式是通過驅(qū)動(dòng)控制裝置完成，通過控制器可以完成對(duì)led輸出光強(qiáng)的調(diào)整和對(duì)光衰平臺(tái)2溫度的調(diào)節(jié)；利用調(diào)整led的驅(qū)動(dòng)電流和電壓來調(diào)整到達(dá)光衰平臺(tái)2的光的輻照強(qiáng)度；利用半導(dǎo)體溫控器對(duì)光衰平臺(tái)2的溫度進(jìn)行調(diào)整。在控制器的輸入端連接操作鍵盤，通過改變led的驅(qū)動(dòng)電流來改變光強(qiáng)；通過鍵盤操作，以控制儀器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)裝置的開關(guān)或檢測/結(jié)果輸出的控制；通過操作鍵盤，實(shí)現(xiàn)對(duì)光衰平臺(tái)2的溫度設(shè)定。在控制器的一個(gè)輸出端連接參數(shù)顯示器，直接輸出顯示光強(qiáng)、電流、電壓、時(shí)間、溫度等各個(gè)必要參數(shù)?？刂破髦械闹悄芄芾硇酒捎脝纹瑱C(jī)作為管理芯片，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度采集，溫度控制，溫度補(bǔ)償，數(shù)據(jù)處理，顯示輸出等重要功能。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。