[实用新型]太阳能电池光电转换及电荷传输特性参数测量系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光电测试技术领域，更具体地，涉及一种太阳能电池光电转换及电荷传输特性参数测量系统。

背景技术

太阳能作为清洁的可再生能源，是解决能源问题、满足未来人类能源需求的最佳途径之一。以染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cell,DSSC）为代表的新一代太阳能电池具有制作工艺相对简单，制备成本低，设备投资少，使用寿命长，性能稳定，以及在生产、制作和使用过程中没有污染和毒害作用等优点，非常有希望替代硅基太阳能电池。

在DSSC中，敏化剂吸收光子产生电子空穴对，在TiO₂纳米晶/敏化剂界面进行分离，电子由染料注入半导体导带，并由其收集、传输到外电路，完成电流回路。发生在染料敏化纳米晶异质结界面的电荷传递过程及其电荷在纳米半导体材料中的传输过程特性直接决定了器件的性能。因此，研究和表征这两个动力学过程对提高DSSC等电池的光电转换效率具有实际意义。

现有技术中，针对这些光电转换及电荷传输特性参数进行测量的方式主要为准平衡态测试法。所谓准平衡态测试法，首先需要在研究对象内部建立准平衡态(通过外加恒定的偏置电压或偏置光照)，然后给研究对象施加一个微小扰动调制信号(光学或电气)，并采用相关仪器测量研究对象由该微小扰动调制信号引起的（光）电响应（如光电压或光电流）。根据这种测试原理，现有技术中包括强度可调光电流/电压谱仪技术(IMPS/IMVS)、以及电化学阻抗谱(EIS)技术等。然而，这些测量方式分别存在以下的不足或缺陷。例如，德国Zahner公司基于IMPS/IMVS技术研制的控强度光电测试系统功能齐全，但是软件的操作和数据的处理均需要较强的电化学专业知识，操作复杂而且对操作人员要求很高。而EIS测量技术主要研究电极及其表面特性，不能够很好地研究染料光电转换及半导体纳米晶间电荷传输等特性，适用性不足且测量手段单一，运算过程非常复杂，不能够执行数据自动化运算及处理。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种太阳能电池光电转换及电荷传输特性参数测量系统，便于根据需求调整平衡光源和扰动光源，对光源的控制能在短时间内完成，提高了测量的效率和准确性，可以测试不同辐照强度下的表征参数，提高了不同场合下的适用性，且自动化程度高，操作简单。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种太阳能电池光电转换及电荷传输特性参数测量系统，其特征在于，包括：测试光产生组件、测试模块和控制器；所述测试光产生组件包括光源、多个开关、开关控制器、扰动光电源和平衡光电源，所述光源包括聚光面、平衡光源和至少一组扰动光源，所述开关与平衡光源和扰动光源一一对应，所述扰动光电源通过扰动光源对应的开关与扰动光源连接，所述平衡光电源通过平衡光源对应的开关与平衡光源连接，所述开关控制器通过平衡光源和扰动光源各自对应的开关与平衡光源和扰动光源连接；所述测试模块包括数控平台、选择器、偏置电路和测试电路，所述数控平台用于放置样品电池和标定电池，通过移动所述数控平台，能分别使样品电池和标定电池位于所述测试光产生组件的输出光路中心，所述偏置电路和所述测试电路并联；所述控制器分别连接所述开关控制器、所述扰动光电源、所述平衡光电源、所述偏置电路和所述测试电路。

优选地，所述平衡光源由一组白色LED构成，位于所述聚光面的中心，所述扰动光源为一组，沿所述聚光面的周向均匀排列。

优选地，所述平衡光源由一组白色LED构成，位于所述聚光面的中心，所述扰动光源为多组，各组扰动光源沿所述聚光面的周向交叉均匀排列。

优选地，所述测试模块还包括温控电路，所述控制器连接所述温控电路。

优选地，所述开关均采用NMOS管。

优选地，所述开关控制器采用80c51单片机，输入采用RS232串行通信端口，输出采用单片机并行I/O口，分别与平衡光源和扰动光源各自对应的开关的控制端连接。

优选地，所述偏置电路和所述测试电路由双通道电源电表构成。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）在测试光产生组件中设置开关实现对光源的控制，并通过与控制器相连的开关控制器控制开关快速动作，一方面便于根据需求调整平衡光源和扰动光源，另一方面能够保证对光源的控制能在符合要求的极短时间内完成，从而提高了测量的效率和准确性。