一种多结太阳能电池子结之间发光耦合效率的检测装置及方法

摘要

本发明公开了一种多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测装置，包括：太阳能电池片、激发光源、光功率计、光谱仪和计算机；激发光源波长可调，用于选择性激发多结太阳能电池不同子结产生光致发光；光功率计用于监测激发光的光强；光谱仪检测多结太阳能电池光致发光光谱；光谱仪的输出端与计算机相连。本发明还公开了一种多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的测试方法。

说明书

技术领域

本发明属于电池检测技术，一种多结太阳能电池子结之间发光耦合效率的检测装置及方法。

背景技术

目前多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测方法主要是利用太阳能电池外量子效率(EQE)检测设备来测试和导出。现有的利用量子效率检测不同子结之间发光耦合效率的技术测试时间长，仪器成本高，且测试过程复杂。

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出了一种简便、低成本的多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测装置及其检测方法。

发明内容

本发明提出了一种多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测装置，包括：

太阳能电池片，其为多结太阳能电池片，包含至少2层子结，子结之间由上至下层叠设置；

激发光源，其设置在所述太阳能电池片的上方；

分光片，其设置在所述激发光源和所述太阳能电池片之间，用于透射激发光到达所述太阳能电池片，以及反射所述太阳能电池片的光致发光信号；

光电探测器，其设置在所述分光片反射的激发光的光路中，用于读取所述激发光的光功率；

光功率计，其与所述光电探测器连接；

滤光片，其设置在所述分光片反射的光致发光信号的光路中；

两枚透镜，其一设置在所述太阳能电池片和所述分光片之间，另一设置在所述分光片和所述滤光片之间；

光谱仪，其设置在所述滤光片的后方；

计算机，其与所述光谱仪连接，用于测得太阳能电池光致发光光谱。

本发明提出的所述多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测装置中，所述光电探测器的波长检测范围覆盖所述激发光源的波长范围。

本发明提出的所述多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测装置中，所述激发光源的波长使光子能量大于第i层子结电池的带隙宽度E_gi但小于其上层第i-1层子结电池的带隙宽度E_g(i-1)，仅能激发多结太阳能电池单个子结电池的光致发光。

本发明提出的所述多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测装置中，所述激发光源的波长可调节。

本发明提出的所述多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测装置中，所述光谱仪的波长检测范围覆盖所述太阳能电池片的光致发光光谱波长范围。

本发明还提出了一种利用所述多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤一：利用所述激发光源经过分光片后再通过透镜聚焦照射至多结太阳能电池表面，调节激发光的波长使光子能量大于多结太阳能电池第i层子结电池的带隙宽度E_gi，但小于上层子结即第i-1层子结电池的带隙宽度E_g(i-1)；

步骤二：利用所述光电探测器测量激光光源的入射光强I_exi；

步骤三：利用所述光谱仪测量所述太阳能电池片的光致发光光谱，测量由i层子结电池发光照射下层子结即i+1层子结电池的光致发光光谱；

步骤四：调节激发光的波长使光子能量大于多结太阳能电池i+1层子结电池的带隙宽度E_g(i+1)，但小于i层子结电池的带隙宽度E_gi；

步骤五：利用所述光谱仪测量所述太阳能电池片的光致发光光谱，调节激光光强使多结太阳能电池i+1层子结的光致发光光谱强度与步骤三测量到的i+1层子结电池的光致发光光谱强度一致，记录此时入射激光光源的强度I_ex(i+1)；

步骤六：多结太阳能电池顶层子结电池与次层子结电池间的发光耦合效率为步骤五中测量到的入射激光光源的强度与步骤二中测量到的入射激光光源的强度之比I_ex(i+1)/I_exi。

本发明的有益效果在于：检测装置简便，测试方法简单。

附图说明

图1为本发明所述多结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的检测装置结构组成示意图。

图2为以三结GaInP/GaAs/InGaAs太阳能电池为例，测量顶层子结电池与次层子结电池发光耦合效率的测量原理图。

图3为以光能量大于顶层子结电池带隙宽度的激发光(532nm)照射多结电池时测量的光致发光光谱。

图4为以光能量大于次层子结电池带隙宽度但小于顶层子结电池带隙宽度的激发光(760nm)照射多结电池是测量的光致发光光谱。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

参见图1，本发明的太阳能电池IV特性的检测装置包括：太阳能电池片1、光电探测器2、激发光源3、光功率计4、分光片5、透镜6、滤光片7、光谱仪8和计算机9。激发光源3经过分光片后再通过透镜6聚焦照射至所述多结太阳能电池1表面，调节激发光源3的波长使光子能量大于多结太阳能电池1顶层子结电池的带隙宽度E_g1；光电探测器2测量激发光源3的入射光强I_ex1；光谱仪8测量由所述太阳能电池片1顶层子结电池发光照射次层子结电池引起的光致发光光谱及强度；调节所述激发光源3的波长使光子能量大于多结太阳能电池次层子结电池的带隙宽度E_g2，但小于顶层子结电池的带隙宽度E_g1；光谱仪8测量所述太阳能电池片1的光致发光光谱，调节激发光光强I_ex2使所述多结太阳能电池次层子结的光致发光谱强度与所述太阳能电池片顶层子结电池发光照射次层子结电池引起的光致发光光谱强度一致，此时入射激发光源的强度与测量所述太阳能电池片顶层子结时的入射激光的强度之比即为顶层子结电池与次层子结电池间的发光耦合效率，即I_ex2/I_ex1。激发光源3经过分光片5后再通过透镜6聚焦照射至多结太阳能电池表面，调节激发光的波长使光子能量大于多结太阳能电池第i层子结电池的带隙宽度E_gi，但小于上层子结即第i-1层子结电池的带隙宽度E_g(i-1)；光电探测器2测量激光光源的入射光强I_exi；光谱仪8测量所述太阳能电池片1的光致发光光谱，测量由i层子结电池发光照射下层子结即i+1层子结电池的光致发光光谱；调节激发光源3的波长使光子能量大于多结太阳能电池i+1层子结电池的带隙宽度E_g(i+1)，但小于i层子结电池的带隙宽度E_gi；光谱仪8测量所述太阳能电池片1的光致发光光谱，调节激光光强使多结太阳能电池i+1层子结的光致发光光谱强度与太阳能电池片i层子结电池发光照射下层子结即i+1层子结电池的光致发光光谱强度一致，记录此时入射激光光源的强度I_ex(i+1)；此时多结太阳能电池顶层子结电池与次层子结电池间的发光耦合效率为两次激发光源的强度之比,即I_ex(i+1)/I_exi。光电探测器2的波长检测范围覆盖所述激光光源的波长范围。

其中，激光光源3光强强度适中以便能激发多结太阳能电池一个子结电池的光致发光。光谱仪8的波长检测范围覆盖所述太阳能电池片1的光致发光发射光谱波长范围。

以下给出GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池不同子结之间发光耦合效率的测试及导出。测试装置如图1所示，测试原理如图2所示。将激发光源3经过分光片5后再利用透镜6聚焦照射至多结太阳能电池表面，调节激发光的波长使光子能量大于多结太阳能电池顶层子结电池的带隙宽度E_g1；利用所述光电探测器测量激发光的入射光强I_ex1；利用所述光谱仪8测量所述太阳能电池片1的光致发光光谱如图3所示；调节激光的波长使光子能量大于多结太阳能电池次层子结电池的带隙宽度E_g2，但小于顶层子结电池的带隙宽度E_g1；利用所述光谱仪8测量所述太阳能电池片1的光致发光光谱，测量的光致发光光谱如图4所示；调节入射激光光强使多结太阳能电池次层子结的光致发光谱强度与之前测量到的次层子结电池的光致发光光谱强度一致，记录此时入射激光光源的强度I_ex2；多结太阳能电池顶层子结电池与次层子结电池间的发光耦合效率为I_ex2/I_ex1，本实例中，随着不同的激发功率，发光耦合效率在0.11至0.3之间。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。