[发明专利]电池聚光测试系统和方法及用于电池聚光测试的样品台

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池聚光技术，属于太阳能电池聚光性能测试领域。

背景技术

近年来，太阳能电池作为一种新型的可再生能源，已经越来越受到了人们的关注，其在能源产业上的地位也越来越重要。随着太阳能技术的不断发展和人们对于高效太阳能电池的不断的深入探究，由多个PN结构成的高效太阳能电池(以下称为聚光太阳能电池)和聚光组件共同组成的聚光太阳能电池系统势必将会成为太阳能电池应用的主流。

对于多个PN结的太阳能电池，在实际应用过程中，往往都不是直接工作在户外太阳光下，而是要通过聚光透镜把一个大面积的太阳光汇聚到一块很小的电池表面，这样使得该太阳能电池表面单位面积接收到了高于普通太阳光几倍甚至几百倍的光强(具体取决于透镜面积和透镜焦点光斑面积大小的比值)，这样就使得一块同样大小的太阳能电池产生更高的输出电流(输出电流会与聚光倍数成正比)和输出电压，因此可以大幅度的提高太阳能电池的输出功率。

然而，在不同的光照强度和不同的温度下，太阳能电池的电流-电压特性也会发生变化。因此，需要检验在1个标准太阳光(户外日光)的条件下性能良好的电池是否在高倍聚光条件下仍有优良的电流电压特性，并且希望能够找出该电池在多少聚光倍数下能输出最高的输出功率，在多少聚光倍数下有最高的能量转化效率等。太阳能电池聚光测试系统就是一种能够在高于普通太阳光光强数倍或是数百倍的条件下对太阳能电池进行电流电压性能测试并且有效记录测试数据(开路电压，短路电流，填充因子，效率，串联电阻，并联电阻等)和电流电压曲线的的一套完整系统。

在当前的太阳能电池聚光测试领域中，往往都是通过添加聚光透镜或者直接用高光强的光源(一般是1个标准太阳光强的20-70倍，后面我们统称这类光源为聚光光源)来代替传统的氙灯光源的方法来实现聚光测试。

例如，图1示出了一种通过添加菲涅尔透镜来实现聚光的测试系统。其包括模拟光源10、聚光透镜(例如菲涅尔透镜)20、样品台40、光源控制器50、测试系统60等。测试电池30放在样品台40上。聚光透镜20用于会聚由模拟光源10例如标准氙灯光源发出的模拟太阳光。由聚光透镜20会聚的高光强的光斑照射在测试电池30上。光源控制器50可用于调节模拟光源10的功率来控制模拟光源1输出的模拟太阳光的强度。测试系统60包括半导体参数仪、电脑等，均通过导线电连接到光源控制器50和测试电池30，用于实时地对测试电池30进行电流电压性能测试。

上述测试系统的聚光倍数是由菲涅尔透镜20的面积与通过菲涅尔透镜20后照射在电池30平面上的光斑的面积的比值决定的，可以通过调整菲涅尔透镜20到电池30表面的垂直距离，来改变光斑面积的大小(光斑面积一定要比电池面积大，透镜面积/电池面积是该透镜理论能满足的最大聚光倍数)，以达到调节聚光倍数的目的，从而实现对不同聚光倍数下的电池性能的测试。

但是由于散射光的存在以及光在传播途径中的损失，聚光倍数不是与聚光透镜到电池表面的距离线性地成比例，因此往往不能准确、定量地校准聚光倍数。换句话说，在光强一定的情况下，现有的采用菲涅尔透镜的聚光测试系统都只能通过改变菲涅尔透镜的位置单纯地增加或者减小聚光倍数，测试人员并不能准确地知道照射到电池表面的光斑的聚光倍数。

另外，采用聚光光源来实现聚光测试的系统，即把标准光源直接更换为具有一定聚光倍数的聚光光源，直接对电池进行测试，不需要添加任何聚光透镜。这样虽然可以定量地确定单一的聚光倍数，然而被测光斑聚光倍数不可调整是其一大缺点，而且聚光光源造价昂贵，难以广泛应用。

其次，从技术角度以及测试的可靠性分析，照射在电池表面的光会有小部分在电池与镜面之间经过二次反射重新被电池吸收，这种现象不仅仅是在聚光测试中特有的，在非聚光的太阳能电池测试中，也会出现这种情况，这是引起测试误差的原因之一，而在聚光条件下，这种误差显然会随着聚光倍数的增加被放大，这样的测试结果也是测试人员不希望看到的。

另外，从测试环境角度讲，测试电池在高倍聚光下由于光强较标准太阳光强(1000瓦/平方米)要大得多(具体视聚光倍数而定)，而现有的聚光测试系统对测试人员的视力缺乏应有的保护，由于绝大多数的测试都在暗室中进行，人眼的瞳孔此时处于最大化的状态，如测试人员在测试过程中不小心直视到50倍以上的聚光光斑，视力将受到严重损伤。

发明内容

鉴于上述现有技术中的上述问题，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷和问题的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提出一种太阳能电池聚光测试系统，包括：