太阳能电池的测试条件与太阳模拟器.

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 工作时输出的 辐照度稳 定不变 优点 缺点 光学系统和供电 系统复杂庞 大 适合
稳态
连续照射稳定标准 太阳光
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。
3．3．3光谱失配误差计算
光谱失配误差=
F
0
T , AM 1.5
( ) FS , AM 1.5 ( )B( ) 1d
(3.3.1)
式 (3.3.1)中：FT , AM1.5 ( ) FS , AM1.5 ( )
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：
3.5 地面用硅太阳电池组件环境试验概况
3．5．1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. 3．5．2高温贮存 地面用太阳电池组件应放在85+2C的高温环境下存贮16小时。 3．5．3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。
转换效率（η）：

Im Vm Pin
3.1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 准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能参 数。
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
图29 测量伏安特性的电路框图
3.3.1测试项目
3.3.2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。
iT , AM 1.5 ( ) FT , AM 1.5 ( ) iT , AM 1.5 ( )d I T , AM 1.5 FS , AM 1.5 ( ) i S , AM 1.5 ( )
iT , AM 1.5 ( )
i
S , AM 1.5
( )d

iS , AM 1.5 ( ) I S , AM 1.5 I S , AM 1.5 iS , AM 1.5 ( )d
（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。
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、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%。
（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 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。 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：
短路电流（Isc）： 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（Voc）：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（FF）： 最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比
FF=Pm/VOCISC=VmIm/VOCISC 影响因素：串联电阻、并联电阻
I SR I 2 I 1 I SC 1 a T2 T1 I MR V2 V1 RS I 2 I 1 KI 2 T2 T1 T2 T1
(3.4.1)
3.3.5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5
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。
3．2太阳模拟器某些光学特性的检测
3．2．1辐照不均匀度的检测
3．5．4恒定湿热贮存
地面用太阳组件应放应相对湿度为90~95%，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。
3．5．5振动、冲击
3．5．6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。
3.1.2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 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 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 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。
模拟器光源
电光源 结构 特征 色温2300K，光谱和日光差 别大，红外线含量大， 紫外线含量少 缺点 3cm水膜滤除部分红外 线，无法补充紫外 线 备注
卤光灯
源自文库卤光灯加水膜
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3400K
灯寿命短，50H
简易型
氙灯
氙灯加滤光片
光斑不均匀，电路复杂， 光谱接近日光，但红外线多 价格贵，光学积分 些，用滤光片滤掉 设备复杂，有效面 积难做大
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。 3.1.2.3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。
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。 3．3．2辐照不稳定的检测
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）
I T , AM 1.5 iT , AM 1.5 ( )d ,
B(λ)－1定义为光谱，它表示太阳模拟器光谱辐照度еsim(λ)和AM1.5的光谱辐照 度。 еAM1.5(λ)的相对偏差：
esim ( ) e AM 1.5 ( ) B( ) 1 e AM 1.5
即
:
esim ( ) B( ) e AM 1.5 ( )
太阳能电池的测试
研保部
太阳电池制造过程10-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
光强：1000W/m2
光谱分布：AM1.5
电池温度：25℃
太阳电池电性能参数
太阳电池的电 性能参数： Isc、Voc Imp Vmp、 Pmax、 Rs、Rsh、 FF、EFF
太阳电池电性能参数
3.4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：
t r te
NOCT 20 E
80
(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
标准测试温度规定为25C
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。
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。
3.3.3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。
3．5．7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。 3．5．8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%。 3．5．9扭弯试验 在15~35C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。