专利名称：太阳电池光谱响应测试仪器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光伏、光学、微电子和机械应用技术，具体说，涉及太阳电池样品
测定位置的设定和光电信号控制装置。
背景技术：
太阳电池光谱响应也是太阳电池的量子转换效率曲线，它是测定太阳电池在各个 不同波长(颜色光)的可见光照射下、光能转换成电能的效率，它能显示电池的性能、质量、 结构、制造工艺变化和材料质量变化等。太阳电池量子转换效率一般指外量子转换效率，即 包含太阳电池表面反射光的效率，从外量子转换效率中扣除太阳电池表面反射光的效率即 可得到太阳电池内量子转换效率；因此测试太阳电池的内量子转换效率装置需要测试太阳 电池外量子转换效率和增加一个积分球部件测其表面反射光的效率，然而目前商业化的此 类仪器均不能在电池样品的同一点上测定其外量子转换效率和其表面反射光的效率，测试 结果的误差常超过100%。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能够提高测试准确度、精度和数据重现性等的太阳 电池光谱响应测试仪器。 本实用新型所述的太阳电池光谱响应测试仪器，包括包括单色激发光单元，在单 色激发光单元的滤波片一侧设置有积分球样品台单元，该积分球样品台单元通过光纤束连 接有偏置光源单元，所述单色激发光单元通过电缆与电子信号放大处理单元和数据解析处 理单元连接，所述偏置光源单元通过电缆与数据解析处理单元连接。 所述积分样品台单元是安装在积分球架和测试样品台架上的空心积分球，在空心 积分球上设置有光阑，狭缝，与狭缝相对地设有测试样品窗口 ，其球上方设有测试反射光谱 的探测器和在球内具有由拉杆控制其位置的反射镜。 在空心积分球的下方还设置有备用测试样品窗口 。 所述测试样品台架上具有固定测试样品的弹性夹。 在测试样品台架上还设置有标准电池台架。 所述偏置光源单元包括设置在屏蔽机壳内、依次安装在固定底座上的定位夹、聚 光镜、聚光物镜、卤素灯光源、弧形反光镜和反光镜，在定位夹上安装有位置可调节的聚光 镜，所述定位夹连接有穿过屏蔽机壳的光纤束，该光纤束的另一端连接有导入积分球内的 固定夹具。 在屏蔽机壳内还设置有散热器。 所述电子信号放大处理单元包括伏安转换器和与其相连的锁相放大器。 所述色激发光单元、积分球样品台单元和偏置光源单元设置在仪器整体屏蔽机壳内。 本实用新型所述测试仪器的偏置光源和积分球样品固定台可与伏安测试仪表结合，可用于测试小面积太阳电池样品(小于15X15平方厘米)的光电转换效率；该测试仪 器一体化设计，采用新式积分球和样品固定台，可实现在太阳电池样品的同一位置测定其 外量子转换效率和表面反射光的效率，从而能消除样品测试位置产生的误差，提高电池内 量子转换效率结果的准确度、重现性；另外此装置简单、故障率低、使用方便，并拓展了光伏 器件测试技术的应用范围和领域。
图1是本实用新型所述太阳电池光谱响应测试仪器的结构示意图； 图2是图1所示仪器的积分球样品台侧视图； 图3是图1所示仪器的偏置光源单元的结构示意图， 图4是本实用新型所述测试仪器的测试结果图。 其中1主光源，2斩波器、3单色仪，4滤波片轮、5积分球样品台单元、6偏置光源 单元、7太阳电池样品、8标准电池片、9伏安转换器、10单色仪控制器、11锁相放大器、12计 算机系统、13仪器整体屏蔽机壳、14电缆、15单色激发光单元发射的光束、16光阑、17狭缝、 18测试样品窗口、19反射镜拉杆、20测试反射光谱探测器、21测试样品台架、22反射镜、23 备用的测试样品窗口、24积分球架、25瓦卤素灯、26弧形反光镜、27线路配电盘、28聚光物 镜、29滤光片、30聚光镜、31光束入射光纤束的定位夹具、32光纤束、33光纤束光导入积分 球内的固定夹具、34偏置光源各元件固定底座及散热器、35小功率偏置光源屏蔽机壳。
具体实施方式参见图l，本实用新型所述的太阳电池光谱响应测试仪器，包括单色激发光单元， 在单色激发光单元的滤波片4一侧设置有积分球样品台单元5，该积分球样品台单元5通过 光纤束23连接有偏置光源单元6 ，所述单色激发光单元通过电缆14与电子信号放大处理单 元和数据解析处理单元连接，所述偏置光源单元6通过电缆14与数据解析处理单元连接。 所述单色激发光单元包括主光源1，单色仪3，与单色仪3连接的斩波器2，滤波片 4和单色仪控制器IO，主光源1设置在斩波器2的一侧。主光源1的光线经过单色仪3，斩 波器2和滤波片4后，提供激发样品的断续的单色光。 参见图2，所述积分球样品台单元接收单色激发光单元发出的脉冲单色光束15， 使单色激发光准确有效的激发样品，并测定、采集样品产生的信号。该积分样品台单元安装 在积分球架24和测试样品台架21上的空心积分球，在空心积分球上设置有光阑16，狭缝 17，与狭缝17相对的球上设有测试样品窗口 18，其球上方设有测试反射光谱的探测器20和 在球内具有由拉杆19控制其位置的反射镜22。 在空心积分球的下方还设置有备用测试样品窗口 23，便于测试小面积的样品。 所述测试样品台架21上具有固定测试样品的弹性夹(未示出)。测试时，样品位 于测试样品窗口 18处，由弹性夹固定。 在测试样品台架21上还设置有标准电池台架，以便放置需测试的标准电池。 参见图3，所述偏置光源单元6是提供辅助光、使样品测试时在光照条件下进行。 该偏置光源单元包括设置在屏蔽机壳35内、依次安装在固定底座34上的定位夹31 、聚光镜 29、聚光物镜28、卤素灯光源25、弧形反光镜26和反光镜26，在定位夹31上安装有位置可
4调节的聚光镜30，所述定位夹31连接有穿过屏蔽机壳的光纤束32，该光纤束的另一端连接 有导入积分球内的固定夹具33。 所述卤素灯光源25可以是二十五瓦的卤素灯，其光源发出的光线由两片聚光镜 28、30聚光和滤光镜29校正成AMI. 5模拟太阳光光谱，然后将光束射入光纤束32，最后由 光纤束32另一端导入积分球。 为了降低偏置光源单元的温度，在屏蔽机壳35内还设置有散热器。 所述电子信号放大处理单元是将测到的信号处理放大，包括伏安转换器9和与其
相连的锁相放大器ll。 所述数据解析处理单元是对测定的数据进行计算和解析，是由计算机系统12组 成。 所述色激发光单元、积分球样品台单元5和偏置光源单元6设置在仪器整体屏蔽 机壳内。 本实用新型提供的积分球样品台结构与普通样品台结构相比，该结构能够在样品 的同一位置测定其外量子转换效率和表面反射光的效率；在上述两个效率测定中不需要变 换样品位置，因此减小了样品测试位置上的误差。 本实用新型提供的增设偏置光源太阳电池内量子转换效率的测试装置，与普通太 阳电池内量子转换效率的测试装置相比，该太阳电池内量子转换效率的测试装置测定的样 品光电信号被增强，因此提高了测试结果的准确度、稳定性和重现性。 当测试太阳电池外量子转换效率时，被测试的太阳电池样品放置在测试样品台架 21上，通过电缆与伏安转换器9连接，位于积分球内的反射镜22被拉杆19控制在积分球中 心位置、经狭缝16和光阑17调整的光束可直接通过测试窗口 18照射到样品上，可先后测 试电池样品的光谱响应曲线和标准电池的光谱响应曲线，然后可用计算机解析出测试太阳 电池样品的外量子转换效率。 同样，测试太阳电池表面反射效率时，被测试的太阳电池样品通过电缆与伏安转 换器9连接，位于积分球内的反射镜22被拉杆19控制在积分球中心位置，单色光射入积分 球内与反射镜面成45度入射角，被反射镜反射到球体内壁、并均匀照射到被测试的太阳电 池样品的表面，被太阳电池样品表面吸收而减弱了强度的反射光在积分球内经反射被探头 20检测，测出太阳电池样品的表面反射光谱，然后用计算机以此光谱曲线和上述测出的太 阳电池样品外量子转换效率曲线解析出测试太阳电池样品的内量子转换效率。 图4表示用本实用新型所述的太阳电池内量子转换效率的测试装置对单晶硅太 阳电池片样品进行测试的结果，横坐标为照射太阳电池光的波长，纵坐标为照射太阳电池 后转换成电子的效率，虚线表示此太阳电池外量子转换效率的曲线，灰线表示此太阳电池 内量子转换效率的曲线，即扣除被此太阳电池表面反射而损失的光能量。从两条曲线上可 定性定量的检测出此单晶硅太阳电池片制备工艺参数的误差。
权利要求太阳电池光谱响应测试仪器，包括单色激发光单元，其特征是在单色激发光单元的滤波片(4)一侧设置有积分球样品台单元(5)，该积分球样品台单元(5)通过光纤束(23)连接有偏置光源单元(6)，所述单色激发光单元通过电缆(14)与电子信号放大处理单元和数据解析处理单元连接，所述偏置光源单元(6)通过电缆(14)与数据解析处理单元连接。
2. 根据权利要求1所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是所述积分样品台单元 安装在积分球架(24)和测试样品台架(21)上的空心积分球，在空心积分球上设置有光阑 (16)，狭缝(17)，与狭缝(17)相对地设有测试样品窗口 (18)，其球上方设有测试反射光谱 的探测器(20)和在球内具有由拉杆(19)控制其位置的反射镜(22)。
3. 根据权利要求2所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是在空心积分球的下方 还设置有备用测试样品窗口 (23)。
4. 根据权利要求3所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是所述测试样品台架21 上具有固定测试样品的弹性夹。
5. 根据权利要求4所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是在测试样品台架(21) 上还设置有标准电池台架。
6. 根据权利要求1至5所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是所述偏置光源单 元(6)包括设置在屏蔽机壳(35)内、依次安装在固定底座(34)上的定位夹(31)、聚光镜 (29)、聚光物镜(28)、卤素灯光源(25)、弧形反光镜(26)和反光镜(26)，在定位夹(31)上 安装有位置可调节的聚光镜(30)，所述定位夹(31)连接有穿过屏蔽机壳的光纤束(32)，该 光纤束的另一端连接有导入积分球内的固定夹具(33)。
7. 根据权利要求6所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是在屏蔽机壳(35)内还 设置有散热器。
8. 根据权利要求7所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是所述电子信号放大处 理单元包括伏安转换器(9)和与其相连的锁相放大器(11)。
9. 根据权利要求6所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是所述色激发光单元、 积分球样品台单元(5)和偏置光源单元(6)设置在仪器整体屏蔽机壳(13)内。
10. 根据权利要求7所述的太阳电池光谱响应测试仪器，其特征是所述色激发光单元、 积分球样品台单元(5)和偏置光源单元(6)设置在仪器整体屏蔽机壳(13)内。
专利摘要本实用新型所述的太阳电池光谱响应测试仪器，包括单色激发光单元，在单色激发光单元的滤波片一侧设置有积分球样品台单元，该积分球样品台单元通过光纤束连接有偏置光源单元，所述单色激发光单元通过电缆与电子信号放大处理单元和数据解析处理单元连接，所述偏置光源单元通过电缆与数据解析处理单元连接。该仪器一体化设计，采用积分球和样品固定台，可实现在太阳电池样品的同一位置测定其外量子转换效率和表面反射光的效率，消除了样品测试位置产生的误差，提高电池内量子转换效率结果的准确度、重现性；另外此装置简单、故障率低、使用方便。本测试仪器还可与伏安测试仪表结合，可测试小面积电池样品的光电转换效率。
文档编号G01J3/26GK201514316SQ200920171239
公开日2010年6月23日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者范强 申请人:范强