[发明专利]一种高光强大范围太阳电池光照线性度测试方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，特别是涉及一种高光强大范围太阳电池光照线性度的测试方法和装置。所述高光强是指光强在1个太阳常数(1367W/m²)以上的光强，所述大范围是指光辐照度变化范围或光强变化范围在3个数量级以上。

背景技术

太阳电池短路电流(或开路电压)随光照强度变化曲线斜率的变化称为太阳电池短路电流(或开路电压)光照线性度。太阳电池光照线性度是评价太阳电池性能的一个重要参数。例如国际标准ISO-15387中规定标准太阳电池的短路电流在使用光强范围内的光照线性度应在±2％以内，开路电压随光强对数的线性度应在±5％以内。线性度不好的标准太阳电池在对偏离标定光强较大的光强进行测量时将产生严重的误差。对于空间用标准太阳电池通常是在1个太阳常数下进行标定，在实际使用中需要测量的光强往往与1个太阳常数有较大的偏离，如空间应用中：水星轨道的太阳辐射强度约为6.7太阳常数，火星轨道的太阳辐射强度约为0.42太阳常数，卫星太阳敏感器测试用太阳模拟器的辐照强度约为0.1太阳常数；地面应用中：聚光太阳电池的工作光强从数个太阳常数至数千太阳常数。因此，对于标准太阳电池来说，需要了解从0.1到数千太阳常数光强范围的线性度。

一些光电探测器线性测量方法可以用来测量太阳电池的光照线性度。最基本的方法是根据平方反比定律在光轨上通过改变光源与探测器光敏面间的距离实现不同光强照射来测算探测器的线性度，然而，一方面在一个6米长的光轨上基于平方反比定律实现的光强变化最多只有几十倍，另一方面，由于灯与探测器间距很大时，杂散光的影响将十分明显；间距太小则将导致平方反比定律失效，因此，在大范围特别高灵敏度探测器的线性测量在光轨上实现起来很困难，且精度难以保证。除距离平方反比法外，研究者们还提出了几种获得辐照度增加的方法，如，滤光片或滤光片组法，Beer衰减法，偏振法等，均因辅助量测量引入的额外误差而受限。目前最成熟的线性测试方法是双光源叠加法，具有高可靠性和较高精度，且光辐照度变化范围大为扩展。虽然双光源叠加法具有高可靠性和高精度，但由于每一次光源叠加值的实现都要通过反复移动光轨上的光源，实际操作过程是很繁琐，且对设备条件要求也比较高，在实际应用中并不广泛。另外，双光源叠加法只能得到基准光强偶数倍的测试点，即测试点不连续，且光强越大测试点的间隔也越大。还有一种基于双光源叠加法利用积分球混光的智能光电探测器线性测量系统解决了自动化智能测试的问题(谢印忠：智能光电探测器线性测量系统的研究)。所有上述方法和系统的光辐照度变化范围都难以达到3个数量级以上，特别是无法得到高光强(如1个太阳常数以上)时的光照线性度测试值。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明提出一种高光强大范围太阳电池光照线性度的测试方法和装置，可准确测试光强变化范围在3个数量级以上特别是在数千太阳常数的高光强下的短路电流(或开路电压)光照线性度，既可连续测量也可自由设定光强间隔。

本发明的技术方案是：

一种高光强大范围太阳电池光照线性度的测试装置，所述高光强是指光强在1个太阳常数(1367W/m²)以上的光强，所述大范围是指光辐照度变化范围或光强变化范围在3个数量级以上，其特征在于，包括能产生光脉冲的测试光源和测试暗室，所述测试暗室在光源光轴线方向上开有小孔窗口，小孔窗口后放置光谱调整滤光片，光谱调整滤光片后面倾斜放置分束镜，将通过小孔窗口的光束分为较弱的反射光和主要的投射光；在分束镜的透射光光路上经一组竖直放置的可单独移入或移出光路的中性衰减滤光片放置被测太阳电池和标准太阳电池；在分束镜的反射光光路上经衰减滤光片放置监测太阳电池；所述被测太阳电池和标准太阳电池均固定在温控测试台上，所述温控测试台置于可使其在光源光轴线方向上前后移动的导轨上。

所述测试光源包括分别与脉冲电源连接的一个或多个脉冲氙灯；所述脉冲电源连接由计算机控制的同步触发电路和光源输出能量控制电路；每个脉冲氙灯具有聚焦光束的椭圆形凹面反光镜；所述测试光源还包括汇聚多个脉冲氙灯光辐射的锥形光管或椎形光纤束。

所述温控测试台连接步进电机，所述步进电机连接由计算机控制的机械位移控制电路；所述中性衰减滤光片组的中性衰减滤光片连接伺服电机，所述伺服电机连接由计算机控制的机械位移控制电路。

所述温控测试台连接由计算机控制的温控电路。

所述监测太阳电池、标准太阳电池和被测太阳电池同时连接由计算机控制的数据采集处理电路。