[发明专利]光引入测试太阳电池宏微观性能装置和方法

说明书

本发明属于新能源与仪器测量交叉领域，尤其涉及一种光引入测试太阳电池宏微观性能装置和方法。

背景技术

随着社会的飞速发展，人类正以惊人的速度消耗着地球上有限的能源。传统的石油、煤、天然气等能源在不久的将来将会枯竭，开发利用新能源迫在眉睫。用之不竭、清洁的太阳能资源给人类带来了新的曙光，太阳电池能够将光能直接转化成电能，极大地方便了人类的生产和生活。太阳能光伏发电在过去几十年中得到了快速的发展，目前光伏电池产业全球高速增长。2010年~2020年，全球光伏产业年增长率将达34%，年安装量将达到11.34 GW。据相关预测，2030年，太阳能光伏发电占世界总电力供应比率将达到10%以上，到21世纪末，太阳能光伏发电所占比率将更高，预计会突破60%。

从上世纪50年代第一块具有实用价值的单晶硅pn结太阳电池研制成功后，非晶硅薄膜电池、碲化镉太阳电池、铜铟镓硒太阳电池、砷化镓太阳电池、染料敏化太阳电池以及超叠层太阳电池、热光伏电池等等各种结构的电池太阳相继开发出来。

实际运行中太阳电池必须承受光场、电场、热场以及磁场等各种环境条件大范围变化的冲击，这些冲击会显著影响电池的光电转换性能。深入探索环境条件大范围变化冲击下的电池工作机理是研发太阳电池不可逾越的步骤。太阳电池性能的研究可以采用开路电压、短路电流和填充因子等宏观的方法来表征。但是仅仅依赖于宏观性能研究是不够的，电池内部包含多个电荷传输和转移微观动力学过程，这些微观过程在环境条件大范围变化冲击下势必发生动力学失配，造成电池光电转化性能的降低。

目前太阳电池宏观性能可用太阳模拟器、IPCE和紫外可见吸收光谱等仪器来测试，而微观测试可以采用电化学阻抗谱、强度调制光电压/光电流谱以及瞬态光电压/光电流谱等仪器。这些仪器可以发出不同频率、波形和强度的稳态或调制光信号，在这些信号的激励下研究太阳电池的响应来分析内部工作机理。现有太阳电池测试中，样品必须固定在仪器的光信号发出端的一侧保持与光信号平行并且保持一定的距离；另外每种测试都必须在其对应仪器上测试，当更换测试类型时样品必须换到下一台仪器上；同时这些精密测试仪器只能在一定环境下工作，环境条件变化冲击下仪器将产生误差甚至不能工作。所以太阳电池性能测试仪器应处恒定环境和太阳电池应处变化环境之间的矛盾严重制约了电池光电转换机理的进一步研究。   

本发明将太阳电池性能测试仪器和太阳电池所处环境分开，将太阳电池宏微观性能测试仪器发出的光信号引入到太阳电池所处的大范围变化的测试环境之中，能够在深入探索环境条件大范围变化冲击下的电池工作机理，同时不受样品受到测试仪器空间束缚，可灵活放置样品与测试仪器的空间布局。本发明将对进加快新型太阳电池实用化进一步提高电池效率具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于提出一种光引入测试太阳电池宏微观性能装置和方法，旨在深入探索环境条件大范围变化冲击下的太阳电池工作机理。

本发明是这样实现的，它包括太阳电池宏微观性能测试仪器、太阳电池样品、测试箱、光引入设备、输入端、输出端、光辐照计，其特征是太阳电池宏微观性能测试仪器通过光引入设备连接测试箱，光引入设备的输入端在太阳电池宏微观性能测试仪器内，光引入设备的输出端在测试箱内，所述光引入设备的输出端下方设有太阳电池样品，太阳电池样品的光响应信号连接太阳电池宏微观性能测试仪器，太阳电池宏微观性能测试仪器和测试箱内放置有光辐照计。

实现方法为：

1、将太阳电池宏微观性能测试仪器处于仪器要求的工作环境；

2、将太阳电池样品处于测试箱内；

3、将太阳电池宏微观性能测试仪器与测试箱通过光引入设备输入端相连接；

4、将太阳电池样品处于光引入设备输出端；

5、将太阳电池样品光响应信号与宏微观性能测试仪器连接；

6、太阳电池宏微观性能测试仪器发出激励信号通过光引入设备导入环境条件大范围变化的测试箱中激励太阳电池样品，通过分析样品光响应信号得到太阳电池宏微观性能。

其中，步骤(1) 中太阳电池宏微观性能测试仪器1是太阳模拟器、IPCE、紫外可见吸收光谱、表面光电压、电化学阻抗谱、强度调制光电压/光电流谱以及瞬态光电压/光电流谱等光电测量仪器中的一种或几种。

其中，步骤(2) 测试箱3可以提供光场、电场、热场、磁场、湿度以及机械变形等环境条件变化。

其中，步骤(3)光引入设备4可进行切换来连接不同的太阳电池宏微观性能测试仪器与测试箱。