太阳能电池在真空粒子辐照环境下性能退化的原位测量系统及测量方法

摘要

本发明提供了一种太阳能电池性能退化的原位测量系统，包括靶室单元和性能测量单元；所述靶室单元包括真空腔、样品台及样品台移动设备、光学玻璃窗和辐照源接口法兰，样品台及样品台移动设备设置在真空腔中部，真空腔底部设置有光学玻璃窗，真空腔上部设置有辐照源接口法兰，并通过接口法兰与辐照源相连；所述性能测量部分包括计算机控制系统、电信号测量采集系统和太阳模拟器，计算机控制系统与电信号测量采集系统进行交互，并同时电连接到太阳能模拟器上，电信号测量采集系统电连接到真空腔内的样品上，并测量太阳能电池的电池性能。本发明的系统在辐照过程中不需要取出太阳能电池，克服了异位测量过程中因太阳电池在存放过程中产生的性能改变而带来的测量误差。

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池性能的测试领域，具体来说，本发明涉及一种在真空粒子辐照环境中太阳能电池性能退化的测量系统以及利用该装置进行测量的测量方法。

背景技术

目前，评价太阳能电池在真空粒子辐照环境中的性能(开路电压、短路电流、最大输出功率等)退化情况所采用的测量方法，是将太阳能电池放入辐照环境中，每隔一段时间，停止辐照，取出太阳能电池，测量其性能参数，然后将太阳能电池重新放入辐照环境中继续辐照，这样就得到了太阳能电池性能参数随辐照时间(剂量)变换的关系。或者一次放入多块太阳能电池进行辐照，每隔一段时间取出一部分太阳能电池，其余的继续辐照，直至达到要求的总辐照时间(剂量)，这样也能得到太阳能电池性能参数随辐照时间(剂量)变换的关系。

现在的辐照环境下太阳电池性能退化测试方法有很多缺点。首先试验过程中需要频繁关开辐照设备，取放样品。浪费大量试验时间，提高了试验费用。其次，太阳能电池辐照结束，从真空中取出到开始性能测量需要一段时间，可能要几天时间。在这段时间内，太阳能电池的性能可能会发生改变，测量的结果可能与刚辐照完的结果有偏差，导致误差。

因此，有必要寻求一种能真实反映太阳能电池性能的测量系统和测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服过去在真空粒子辐照环境下太阳能电池性能退化测量方法的缺点，从而提出一种太阳能电池性能退化的原位测量方法。该测量方法可在国内空间环境模拟试验中的进行应用，在太阳能电池辐照过程中无需从真空中取出样品，并可直接测量太阳能电池的性能，从而大幅度提高测试结果的准确性和可靠性，节省了大量的试验时间和经费。

本发明的另一目的在于提供一种太阳能电池性能退化的原位测量系统，该系统可以准确、可靠地测量出太阳能电池性能的退化。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术解决方案：

本发明的太阳能电池性能退化的原位测量系统，主要包括靶室单元和性能测量单元；所述靶室单元包括真空腔、样品台及样品台移动设备、光学玻璃窗和辐照源接口法兰，样品台及样品台移动设备设置在真空腔中部，真空腔底部设置有光学玻璃窗，真空腔上部设置有辐照源接口法兰，并通过接口法兰与辐照源相连；所述性能测量部分包括计算机控制系统、电信号测量采集系统和太阳模拟器，计算机控制系统与电信号测量采集系统进行交互，并同时电连接到太阳能模拟器上，电信号测量采集系统电连接到真空腔内的样品上，并测量太阳能电池的电池性能；其中性能测量单元的太阳能模拟器对应设置于真空腔下部的光学玻璃窗下方并将光线透过。

进一步地，所述光学玻璃优选为石英玻璃；所述辐照源为粒子加速器，优选质子加速器或电子加速器。

进一步地，所述靶室单元进一步可设置有监测辐照粒子束流的束流监测装置。

进一步地，所述样品台可以平移或旋转样品；所述样品台移动装置可根据需要将样品台上的样品从正对辐照源移动到正对石英玻璃窗口。

进一步地，所述计算机控制系统用于向电信号测量采集系统发出测量信号，并且处理电信号测量采集系统传入的数据信号，再将测量结果以较友好的界面呈现出来；所述太阳模拟器用于模拟空间中的太阳光。

进一步地，所述电信号测量采集系统用于调节太阳能电池的电负载并采集太阳能电池在光照中的电流电压信号。

本发明的太阳能电池性能退化的原位测量方法，包括以下步骤：

1)将太阳能电池设置在真空腔的样品台上并正对辐照源的方向，再抽真空；

2)达到试验要求的环境后，开始辐照；

3)辐射某一剂量后，通过样品台移动装置将太阳能电池移动到正对石英玻璃窗口的区域，并将太阳模拟器与进行真空粒子辐照试验的真空室相接，以使太阳模拟器发出的光通过光学玻璃窗照射到真空室的样品上；

4)通过计算机控制系统向电信号测量采集系统发出测量的触发信号，并使太阳模拟器发出模拟的太阳光，同时电信号采集测量系统开始测量记录数据，并将结果反馈给计算机控制系统，再经计算机控制系统处理后，得出太阳能电池性能的参数。

本发明的太阳能电池性能退化原位测量方法的优点在于，在辐照过程中不需要取出太阳能电池，克服了过去异位测量过程中，由于太阳电池在存放过程中产生的性能改变而带来的测量误差。同时，由于原位测量，只需少量样品，一次取放样品就能完成对辐照过程中多个剂量点处的太阳电池性能测量，节省了试验时间和经费。

附图说明

图1为太阳能电池性能测量系统的示意图。

其中，1、计算机控制系统；2、电信号采集测量系统；3、真空腔；4、辐照源接口法兰；5、样品台及样品台移动设备；6、光学玻璃窗；7太阳模拟器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步地说明。

参照图1，本发明的整套系统主要包括靶室单元和性能测量单元。靶室单元包括真空腔(3)、样品台及样品台移动设备(5)、光学玻璃窗(6)和辐照源接口法兰(4)，样品台及样品台移动设备(5)设置在真空腔(3)中部，真空腔(3)底部设置有光学玻璃窗(6)，真空腔(3)上部设置有辐照源接口法兰(4)，并通过接口法兰(4)与辐照源(未示出)相连；所述性能测量部分包括计算机控制系统(1)、电信号测量采集系统(2)和太阳模拟器(7)，计算机控制系统(1)通过信号线(8)与电信号测量采集系统(2)进行交互，并同时通过信号线(8)电连接到太阳能模拟器(7)上，电信号测量采集系统(2)电连接到真空腔(3)内的样品上，并测量太阳能电池的电池性能；其中性能测量单元的太阳能模拟器(7)对应设置于真空腔下部的光学玻璃窗(6)下方并将光线透过。光学玻璃窗(6)优选为石英玻璃窗口，如果需要，为了监测辐照粒子束流，可设置束流监测装置。

样品台用于放置样品。样品台移动装置可移动样品台从而可以根据需要将样品从正对辐照源的位置移动到正对光学玻璃窗口的位置。

计算机控制系统(1)主要用于发出测量信号，并且处理电信号测量采集系统(2)传入的数据信号，将测量结果以较友好的界面呈现出来。而太阳模拟器(7)用于模拟空间中的太阳光。电信号测量采集系统(2)用于调节太阳能电池的电负载并采集太阳能电池在光照中的电流电压信号。具体在真空粒子辐照环境下测量太阳电池性能退化的原位测量方法如下：将太阳能电池放在真空腔的样品台上正对辐照源即粒子加速器(质子或电子加速器)方向，并抽真空。达到试验所要求的环境后，开始辐照。当达到某一剂量(辐照时间)后，利用样品台移动装置将太阳能电池移动到正对光学玻璃窗口区域。通过计算机发出测量的触发信号，太阳模拟器发出模拟太阳光，同时电信号采集测量系统开始运作，将采集的数据传输给计算机并经计算机处理后，将太阳能电池性能参数显示出来。

测量完太阳能电池性能后，利用样品台移动装置将样品移动到正对辐照源方向，继续辐照试验。利用这种在线测量的方法，在辐照过程中不需要取出太阳能电池，克服了过去测量方法的缺点。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。