[发明专利]一种太阳能电池开路电压分布的检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种太阳能电池开路电压分布的检测装置，其特征在于，包括：太阳能电池片(2)、遮光图形板(3)、CCD照相机(4)、光谱仪探头(5)、光电探测器(6)、光谱仪(7)、光功率计(8)、电流电压源(9)、太阳能电池量子效率检测仪(10)和计算机(11)；

所述遮光图形板(3)置于所述太阳能电池片(2)的表面，用于选择性透过所述太阳能电池片(2)表面的电致发光区域；

所述光谱仪探头(5)置于所述遮光图形板(3)的上方，用于探测所述太阳能电池片(2)从所述遮光图形板(3)透光图形部分的电致发光光谱；

所述电流电压源(9)的输出端与所述太阳能电池片(2)连接；

所述光电探测器(6)置于所述遮光图形板(3)的上方，用于读取所述太阳能电池片(2)从所述遮光图形板(3)透光图形部分的绝对电致发光强度或光功率，其输出端与所述光功率计(8)的输入端相连；

所述CCD照相机(4)置于所述太阳能电池片(2)的表面或所述遮光图形板(3)的上方，用于读取所述太阳能电池的电致发光表面成像或者读取所述太阳能电池片(2)从所述遮光图形板(3)透光图形部分的电致发光表面成像；

所述太阳能电池量子效率检测仪(10)用于测量太阳能电池片(2)的外部量子效率；

所述CCD照相机(4)与所述光功率计(8)的输出端均与所述计算机(11)连接，根据绝对电致发光强度及所述太阳能电池片(2)的外部量子效率，得到开路电压的分布。

2.如权利要求1所述的太阳能电池开路电压分布的检测装置，其特征在于，所述光谱仪(7)的波长检测范围覆盖所述太阳能电池片(2)的电致发光发射光谱范围。

3.如权利要求1所述的太阳能电池开路电压分布的检测装置，其特征在于，所述光谱仪(7)测量光谱的方式包括：利用光谱仪探头的探测、自由空间的光探测。

4.如权利要求1所述的太阳能电池开路电压分布的检测装置，其特征在于，所述光电探测器(6)的波长检测范围覆盖所述太阳能电池片(2)电致发光的发射光谱范围。

5.如权利要求1所述的太阳能电池开路电压分布的检测装置，其特征在于，所述遮光图形板(3)上的漏光图形被所述光电探测器(6)的有效光探测区域所覆盖。

6.如权利要求1所述的太阳能电池开路电压分布的检测装置，其特征在于，所述太阳能电池量子效率检测仪(10)测量外部量子效率波长检测范围覆盖所述太阳能电池片(2)的光谱响应范围。

7.如权利要求1所述的太阳能电池开路电压分布的检测装置，其特征在于，所述计算机(11)所检测所述太阳能电池片的开路电压为以下公式表示：

其中V为电池内部电压，k为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度，q为电荷常数，R(I)为实验测得的绝对电致发光光子发射率，单位为photons/(s·cm2)，EQE为实验测得的太阳能电池外量子效率，<EQE>EL为电池在EL发射光谱的波长范围内的平均量子效率，为黑体辐射光谱的光子密度随光子能量的分布，h为普朗克常数，c为真空光速，Eg为电池的禁带宽度；太阳能电池工作条件下，I_sun＝q∫EQE(E)S_AM1.5(E)dE，Isun为在空气质量AM1.5的光谱条件下的电流密度，开路电压Voc即为I＝Isun时的电池内部电压。

8.如权利要求1所述的太阳能电池开路电压分布的检测装置，其特征在于，进一步包括设置于所述太阳能电池片(2)底部的基板(1)。

9.一种利用如权利要求1-8之任一项所述检测装置的太阳能电池开路电压分布的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：利用所述电流电压源(9)向所述太阳能电池片(2)的电极施加电流；

步骤二：利用所述CCD照相机(4)置于所述太阳能电池片(2)的表面上方，以测量所述太阳能电池的整个表面区域电致发光表面成像；

步骤三：利用所述遮光图形板(3)置于所述太阳能电池片(2)的表面上方，利用CCD照相机测量所述太阳能电池片(2)从所述遮光图形板(3)透光图形区域的电致发光成像；

步骤四：将所述光谱仪探头(5)置于所述遮光图形板(3)的表面上方，利用所述光谱仪(7)测量所述太阳能电池片(2)从所述遮光图形板(3)透光图形区域的电致发光光谱，以确认发光波段；

步骤五：将所述光电探测器(6)放置于所述遮光图形板(3)的表面上方，通过所述光功率计(8)读取所述太阳能电池片(2)从所述遮光图形板(3)透光图形区域的绝对电致发光强度或发光功率；

步骤六：设置电流电压源输出正向电流大小为电池短路电流，依据步骤五使用所述光功率计(8)测量太阳能电池对应的电致发光强度或发光功率；

步骤七：根据步骤五的绝对电致发光强度或发光功率以及步骤六的电致发光强度或发光功率对步骤三测量的太阳能电池表面部分相同区域电致发光成像进行绝对定标，得到此区域的绝对电致发光强度的成像或表面分布，并得到太阳能电池整个表面区域的绝对电致发光强度的分布；

步骤八：利用所述太阳能电池量子效率检测仪(10)测量所述太阳能电池片(2)的外部量子效率及其随波长的变化关系；

步骤九：通过所述太阳能电池片(2)的绝对电致发光强度与外部量子效率及电池的内电压之间如以下公式所述关系得到如步骤六所述的设置电流电源输出正向电流大小为电池短路电流时所述太阳能电池片(2)的表面电压即开路电压的分布：

其中V为电池内部电压，k为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度，q为电荷常数，R(I)为实验测得的绝对电致发光光子发射率，单位为photons/(s·cm²)，EQE为实验测得的太阳能电池外量子效率，<EQE>_EL为电池在EL发射光谱的波长范围内的平均量子效率，为黑体辐射光谱的光子密度随光子能量的分布，h为普朗克常数，c为真空光速，E_g为电池的禁带宽度；太阳能电池工作条件下，I_sun＝q∫EQE(E)S_AM1.5(E)dE，I_sun为在空气质量AM1.5的光谱条件下的电流密度，开路电压V_oc即为I＝I_sun时的电池内部电压。