太阳电池及相关测试设备的计量方法研究

摘要

研究内容：
　　 1、改善当前光电探测器相对光谱响应度测量工作基准装置的测量水平，使其能够适应不同类型太阳电池的测试；
　　 2、搭建了太阳电池光电参数测量装置，优化和完善太阳电池I-V特性参数测量的不确定度；
　　 3、设计研制三种标准太阳电池，包括单晶硅、多晶硅和模拟非晶硅，为光伏企业和认证机构提供了量值溯源基准；
　　 4、测试分析了多种类型太阳模拟器的性能特点，提供了如何对模拟器进行等级评定的测量方法，为企业选型及使用测试提供了参考依据；
　　 5、分析了由于不同类型光源、电池间的光谱失配对标定太阳电池产生的影响，提出了短路电流修正方法；
　　 6、针对市场上现有类型的总辐射表提供了计量测试方法。
　　 研究成果：
　　 1、在现有光电探测器相对光谱响应度测量工作基准装置的基础上，进行技术改造和设备更新，优化其组成结构，使其能够针对不同类型的太阳电池，包括单晶硅，多晶硅，染料敏化，单结非晶硅薄膜、多结太阳电池进行测试。
　　 2、设计搭建了太阳电池光电特性参数测量系统，并为清华大学、北京大学、南开大学、哈尔滨工业大学等多家高校及科研院所提供太阳电池测试服务。
　　 3、分析了不同类型光源的光谱分布以及不同类型太阳电池光谱响应度，对标定太阳电池时产生的影响。提供了如何计算当标定与测量光源光谱不匹配、标准与被测电池类型不匹配时的修正因子的方法。
　　 创新点：1、设计研制了三种标准太阳电池，较之国外同类产品增加了真空密封及温度控制功能，使得产品量值稳定可靠，可以作为量值基准进行传递；
　　 2、搭建太阳模拟器等级评定测试系统装置，对多种品牌类型的太阳模拟器进行了测试。分析比较了不同型号与设计结构的模拟器性能差异。掌握了当前模拟器的技术测试水平，提供了如何使用测试来减少测量不确定度因素的依据。

目录

文摘

英文文摘

致 谢

图表索引

第一章 背景综述

1.1 研究背景及意义

1.2 太阳电池概述

1.2.1 太阳电池的种类及特点

1.2.2 太阳电池的制造工艺

1.2.3 电池效率水平

1.2.4 转换效率影响因素及提高方法

1.3 微分光谱响应法理论依据

1.4 光伏产业中关键测试设备

1.4.1 太阳模拟器

1.4.2 紫外老化试验箱

1.4.3 I-V曲线测试仪

1.4.4 总辐射表

1.4.5 辐照传感器

1.5 国内外检测认证机构

1.5.1 国外检测认证机构

1.5.2 国内检测认证机构

第二章 不同类型太阳电池光电参数的测量

2.1 太阳电池参数测量

2.1.1 I-V特性曲线测量

2.1.2 光谱响应度测量

2.2 不同类型电池测量实例

2.2.1 I-V特性测量

2.2.2 光谱响应度测量

第三章 标准太阳电池的研制

3.1 标准太阳电池的应用

3.2 设计方案及功能实现

3.2.1 电池片的切割及老化

3.2.2 玻璃保护窝u的选用

3.2.3 温度传感器及控温设计

3.2.4 电池片的封装

3.3 测试结果分析

3.3.1 光谱响麻度及量子效率测量

3.3.2 I-V特性曲线测量

3.3.3 Isc.Voc温度系数测量

3.4 结论

第四章 太阳模拟器等级评定测试研究

4.1 太阳模拟器概述

4.1.1 太阳模拟器分类

4.1.2 太阳模拟器类型选择

4.2 光谱匹配的测量

4.2.1 光谱仪定标

4.2.2 氙灯光谱修正

4.2.3 金属卤素灯光谱修正

4.2.4 太阳模拟器光谱测量

4.3 辐照不均匀度的测量

4.3.1 辐照不均匀度的计算

4.3.2 测量方法

4.3.3 测量实例

4.4 辐照不稳定度的测量

4.4.1 系统稳定性定标及计算方法

4.4.2 不稳定度评定依据

4.4.3 脉冲模拟器测量实例

4.5 结论

第五章 光谱失配对标定太阳电池产生的影响分析

5.1 理论依据

5.2 实验方法

5.2.1 实验准备

5.2.2 太阳电池绝对光谱响应度的测试

5.2.3 太阳模拟器光谱辐照度分布的测试

5.2.4 不同光谱条件下的短路电流密度的计算

5.3 实验结果分析讨论

5.3.1 由光源间光谱失配引起的短路电流偏差

5.3.2 由电池类型不匹配引起的短路电流偏差

5.4 结论

第六章 辐射表的应用与测试研究

6.1 辐射表概述

6.1.1 总辐射表

6.1.2 直接辐射表

6.2 总辐射表的应用

6.3 总辐射表灵敏度测量

6.3.1 热电型激光功率计校准

6.3.2 总辐射表校准

第七章 结论与创新点

论文专用术语(符号、变量、缩略词等)注释表

参考文献

附录1:攻读硕士学位期间发表的文章

附录2:攻读硕士学位期间参加的学术会议

附录3:攻读硕士学位期间实践经历