專利名稱：太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光伏、光學(xué)、微電子和機(jī)械應(yīng)用技術(shù)，具體說，涉及太陽電池樣品
測(cè)定位置的設(shè)定和光電信號(hào)控制裝置。
背景技術(shù)：
太陽電池光譜響應(yīng)也是太陽電池的量子轉(zhuǎn)換效率曲線，它是測(cè)定太陽電池在各個(gè) 不同波長(zhǎng)(顏色光)的可見光照射下、光能轉(zhuǎn)換成電能的效率，它能顯示電池的性能、質(zhì)量、 結(jié)構(gòu)、制造工藝變化和材料質(zhì)量變化等。太陽電池量子轉(zhuǎn)換效率一般指外量子轉(zhuǎn)換效率，即 包含太陽電池表面反射光的效率，從外量子轉(zhuǎn)換效率中扣除太陽電池表面反射光的效率即 可得到太陽電池內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率；因此測(cè)試太陽電池的內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率裝置需要測(cè)試太陽 電池外量子轉(zhuǎn)換效率和增加一個(gè)積分球部件測(cè)其表面反射光的效率，然而目前商業(yè)化的此 類儀器均不能在電池樣品的同一點(diǎn)上測(cè)定其外量子轉(zhuǎn)換效率和其表面反射光的效率，測(cè)試 結(jié)果的誤差常超過100%。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠提高測(cè)試準(zhǔn)確度、精度和數(shù)據(jù)重現(xiàn)性等的太陽 電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器。 本實(shí)用新型所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，包括包括單色激發(fā)光單元，在單 色激發(fā)光單元的濾波片一側(cè)設(shè)置有積分球樣品臺(tái)單元，該積分球樣品臺(tái)單元通過光纖束連 接有偏置光源單元，所述單色激發(fā)光單元通過電纜與電子信號(hào)放大處理單元和數(shù)據(jù)解析處 理單元連接，所述偏置光源單元通過電纜與數(shù)據(jù)解析處理單元連接。 所述積分樣品臺(tái)單元是安裝在積分球架和測(cè)試樣品臺(tái)架上的空心積分球，在空心 積分球上設(shè)置有光闌，狹縫，與狹縫相對(duì)地設(shè)有測(cè)試樣品窗口 ，其球上方設(shè)有測(cè)試反射光譜 的探測(cè)器和在球內(nèi)具有由拉桿控制其位置的反射鏡。 在空心積分球的下方還設(shè)置有備用測(cè)試樣品窗口 。 所述測(cè)試樣品臺(tái)架上具有固定測(cè)試樣品的彈性夾。 在測(cè)試樣品臺(tái)架上還設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)電池臺(tái)架。 所述偏置光源單元包括設(shè)置在屏蔽機(jī)殼內(nèi)、依次安裝在固定底座上的定位夾、聚 光鏡、聚光物鏡、鹵素?zé)艄庠?、弧形反光鏡和反光鏡，在定位夾上安裝有位置可調(diào)節(jié)的聚光 鏡，所述定位夾連接有穿過屏蔽機(jī)殼的光纖束，該光纖束的另一端連接有導(dǎo)入積分球內(nèi)的 固定夾具。 在屏蔽機(jī)殼內(nèi)還設(shè)置有散熱器。 所述電子信號(hào)放大處理單元包括伏安轉(zhuǎn)換器和與其相連的鎖相放大器。 所述色激發(fā)光單元、積分球樣品臺(tái)單元和偏置光源單元設(shè)置在儀器整體屏蔽機(jī)殼內(nèi)。 本實(shí)用新型所述測(cè)試儀器的偏置光源和積分球樣品固定臺(tái)可與伏安測(cè)試儀表結(jié)合，可用于測(cè)試小面積太陽電池樣品(小于15X15平方厘米)的光電轉(zhuǎn)換效率；該測(cè)試儀 器一體化設(shè)計(jì)，采用新式積分球和樣品固定臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)在太陽電池樣品的同一位置測(cè)定其 外量子轉(zhuǎn)換效率和表面反射光的效率，從而能消除樣品測(cè)試位置產(chǎn)生的誤差，提高電池內(nèi) 量子轉(zhuǎn)換效率結(jié)果的準(zhǔn)確度、重現(xiàn)性；另外此裝置簡(jiǎn)單、故障率低、使用方便，并拓展了光伏 器件測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。

圖1是本實(shí)用新型所述太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1所示儀器的積分球樣品臺(tái)側(cè)視圖； 圖3是圖1所示儀器的偏置光源單元的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖4是本實(shí)用新型所述測(cè)試儀器的測(cè)試結(jié)果圖。 其中1主光源，2斬波器、3單色儀，4濾波片輪、5積分球樣品臺(tái)單元、6偏置光源 單元、7太陽電池樣品、8標(biāo)準(zhǔn)電池片、9伏安轉(zhuǎn)換器、10單色儀控制器、11鎖相放大器、12計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)、13儀器整體屏蔽機(jī)殼、14電纜、15單色激發(fā)光單元發(fā)射的光束、16光闌、17狹縫、 18測(cè)試樣品窗口、19反射鏡拉桿、20測(cè)試反射光譜探測(cè)器、21測(cè)試樣品臺(tái)架、22反射鏡、23 備用的測(cè)試樣品窗口、24積分球架、25瓦鹵素?zé)簟?6弧形反光鏡、27線路配電盤、28聚光物 鏡、29濾光片、30聚光鏡、31光束入射光纖束的定位夾具、32光纖束、33光纖束光導(dǎo)入積分 球內(nèi)的固定夾具、34偏置光源各元件固定底座及散熱器、35小功率偏置光源屏蔽機(jī)殼。
具體實(shí)施方式參見圖l，本實(shí)用新型所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，包括單色激發(fā)光單元， 在單色激發(fā)光單元的濾波片4一側(cè)設(shè)置有積分球樣品臺(tái)單元5，該積分球樣品臺(tái)單元5通過 光纖束23連接有偏置光源單元6 ，所述單色激發(fā)光單元通過電纜14與電子信號(hào)放大處理單 元和數(shù)據(jù)解析處理單元連接，所述偏置光源單元6通過電纜14與數(shù)據(jù)解析處理單元連接。 所述單色激發(fā)光單元包括主光源1，單色儀3，與單色儀3連接的斬波器2，濾波片 4和單色儀控制器IO，主光源1設(shè)置在斬波器2的一側(cè)。主光源1的光線經(jīng)過單色儀3，斬 波器2和濾波片4后，提供激發(fā)樣品的斷續(xù)的單色光。 參見圖2，所述積分球樣品臺(tái)單元接收單色激發(fā)光單元發(fā)出的脈沖單色光束15， 使單色激發(fā)光準(zhǔn)確有效的激發(fā)樣品，并測(cè)定、采集樣品產(chǎn)生的信號(hào)。該積分樣品臺(tái)單元安裝 在積分球架24和測(cè)試樣品臺(tái)架21上的空心積分球，在空心積分球上設(shè)置有光闌16，狹縫 17，與狹縫17相對(duì)的球上設(shè)有測(cè)試樣品窗口 18，其球上方設(shè)有測(cè)試反射光譜的探測(cè)器20和 在球內(nèi)具有由拉桿19控制其位置的反射鏡22。 在空心積分球的下方還設(shè)置有備用測(cè)試樣品窗口 23，便于測(cè)試小面積的樣品。 所述測(cè)試樣品臺(tái)架21上具有固定測(cè)試樣品的彈性夾(未示出)。測(cè)試時(shí)，樣品位 于測(cè)試樣品窗口 18處，由彈性夾固定。 在測(cè)試樣品臺(tái)架21上還設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)電池臺(tái)架，以便放置需測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)電池。 參見圖3，所述偏置光源單元6是提供輔助光、使樣品測(cè)試時(shí)在光照條件下進(jìn)行。 該偏置光源單元包括設(shè)置在屏蔽機(jī)殼35內(nèi)、依次安裝在固定底座34上的定位夾31 、聚光鏡 29、聚光物鏡28、鹵素?zé)艄庠?5、弧形反光鏡26和反光鏡26，在定位夾31上安裝有位置可
4調(diào)節(jié)的聚光鏡30，所述定位夾31連接有穿過屏蔽機(jī)殼的光纖束32，該光纖束的另一端連接 有導(dǎo)入積分球內(nèi)的固定夾具33。 所述鹵素?zé)艄庠?5可以是二十五瓦的鹵素?zé)?，其光源發(fā)出的光線由兩片聚光鏡 28、30聚光和濾光鏡29校正成AMI. 5模擬太陽光光譜，然后將光束射入光纖束32，最后由 光纖束32另一端導(dǎo)入積分球。 為了降低偏置光源單元的溫度，在屏蔽機(jī)殼35內(nèi)還設(shè)置有散熱器。 所述電子信號(hào)放大處理單元是將測(cè)到的信號(hào)處理放大，包括伏安轉(zhuǎn)換器9和與其
相連的鎖相放大器ll。 所述數(shù)據(jù)解析處理單元是對(duì)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和解析，是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12組 成。 所述色激發(fā)光單元、積分球樣品臺(tái)單元5和偏置光源單元6設(shè)置在儀器整體屏蔽 機(jī)殼內(nèi)。 本實(shí)用新型提供的積分球樣品臺(tái)結(jié)構(gòu)與普通樣品臺(tái)結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)能夠在樣品 的同一位置測(cè)定其外量子轉(zhuǎn)換效率和表面反射光的效率；在上述兩個(gè)效率測(cè)定中不需要變 換樣品位置，因此減小了樣品測(cè)試位置上的誤差。 本實(shí)用新型提供的增設(shè)偏置光源太陽電池內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試裝置，與普通太 陽電池內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試裝置相比，該太陽電池內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試裝置測(cè)定的樣 品光電信號(hào)被增強(qiáng)，因此提高了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。 當(dāng)測(cè)試太陽電池外量子轉(zhuǎn)換效率時(shí)，被測(cè)試的太陽電池樣品放置在測(cè)試樣品臺(tái)架 21上，通過電纜與伏安轉(zhuǎn)換器9連接，位于積分球內(nèi)的反射鏡22被拉桿19控制在積分球中 心位置、經(jīng)狹縫16和光闌17調(diào)整的光束可直接通過測(cè)試窗口 18照射到樣品上，可先后測(cè) 試電池樣品的光譜響應(yīng)曲線和標(biāo)準(zhǔn)電池的光譜響應(yīng)曲線，然后可用計(jì)算機(jī)解析出測(cè)試太陽 電池樣品的外量子轉(zhuǎn)換效率。 同樣，測(cè)試太陽電池表面反射效率時(shí)，被測(cè)試的太陽電池樣品通過電纜與伏安轉(zhuǎn) 換器9連接，位于積分球內(nèi)的反射鏡22被拉桿19控制在積分球中心位置，單色光射入積分 球內(nèi)與反射鏡面成45度入射角，被反射鏡反射到球體內(nèi)壁、并均勻照射到被測(cè)試的太陽電 池樣品的表面，被太陽電池樣品表面吸收而減弱了強(qiáng)度的反射光在積分球內(nèi)經(jīng)反射被探頭 20檢測(cè)，測(cè)出太陽電池樣品的表面反射光譜，然后用計(jì)算機(jī)以此光譜曲線和上述測(cè)出的太 陽電池樣品外量子轉(zhuǎn)換效率曲線解析出測(cè)試太陽電池樣品的內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率。 圖4表示用本實(shí)用新型所述的太陽電池內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試裝置對(duì)單晶硅太 陽電池片樣品進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果，橫坐標(biāo)為照射太陽電池光的波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為照射太陽電池 后轉(zhuǎn)換成電子的效率，虛線表示此太陽電池外量子轉(zhuǎn)換效率的曲線，灰線表示此太陽電池 內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率的曲線，即扣除被此太陽電池表面反射而損失的光能量。從兩條曲線上可 定性定量的檢測(cè)出此單晶硅太陽電池片制備工藝參數(shù)的誤差。
權(quán)利要求太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，包括單色激發(fā)光單元，其特征是在單色激發(fā)光單元的濾波片(4)一側(cè)設(shè)置有積分球樣品臺(tái)單元(5)，該積分球樣品臺(tái)單元(5)通過光纖束(23)連接有偏置光源單元(6)，所述單色激發(fā)光單元通過電纜(14)與電子信號(hào)放大處理單元和數(shù)據(jù)解析處理單元連接，所述偏置光源單元(6)通過電纜(14)與數(shù)據(jù)解析處理單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是所述積分樣品臺(tái)單元 安裝在積分球架(24)和測(cè)試樣品臺(tái)架(21)上的空心積分球，在空心積分球上設(shè)置有光闌 (16)，狹縫(17)，與狹縫(17)相對(duì)地設(shè)有測(cè)試樣品窗口 (18)，其球上方設(shè)有測(cè)試反射光譜 的探測(cè)器(20)和在球內(nèi)具有由拉桿(19)控制其位置的反射鏡(22)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是在空心積分球的下方 還設(shè)置有備用測(cè)試樣品窗口 (23)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是所述測(cè)試樣品臺(tái)架21 上具有固定測(cè)試樣品的彈性夾。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是在測(cè)試樣品臺(tái)架(21) 上還設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)電池臺(tái)架。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是所述偏置光源單 元(6)包括設(shè)置在屏蔽機(jī)殼(35)內(nèi)、依次安裝在固定底座(34)上的定位夾(31)、聚光鏡 (29)、聚光物鏡(28)、鹵素?zé)艄庠?25)、弧形反光鏡(26)和反光鏡(26)，在定位夾(31)上 安裝有位置可調(diào)節(jié)的聚光鏡(30)，所述定位夾(31)連接有穿過屏蔽機(jī)殼的光纖束(32)，該 光纖束的另一端連接有導(dǎo)入積分球內(nèi)的固定夾具(33)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是在屏蔽機(jī)殼(35)內(nèi)還 設(shè)置有散熱器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是所述電子信號(hào)放大處 理單元包括伏安轉(zhuǎn)換器(9)和與其相連的鎖相放大器(11)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是所述色激發(fā)光單元、 積分球樣品臺(tái)單元(5)和偏置光源單元(6)設(shè)置在儀器整體屏蔽機(jī)殼(13)內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，其特征是所述色激發(fā)光單元、 積分球樣品臺(tái)單元(5)和偏置光源單元(6)設(shè)置在儀器整體屏蔽機(jī)殼(13)內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型所述的太陽電池光譜響應(yīng)測(cè)試儀器，包括單色激發(fā)光單元，在單色激發(fā)光單元的濾波片一側(cè)設(shè)置有積分球樣品臺(tái)單元，該積分球樣品臺(tái)單元通過光纖束連接有偏置光源單元，所述單色激發(fā)光單元通過電纜與電子信號(hào)放大處理單元和數(shù)據(jù)解析處理單元連接，所述偏置光源單元通過電纜與數(shù)據(jù)解析處理單元連接。該儀器一體化設(shè)計(jì)，采用積分球和樣品固定臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)在太陽電池樣品的同一位置測(cè)定其外量子轉(zhuǎn)換效率和表面反射光的效率，消除了樣品測(cè)試位置產(chǎn)生的誤差，提高電池內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率結(jié)果的準(zhǔn)確度、重現(xiàn)性；另外此裝置簡(jiǎn)單、故障率低、使用方便。本測(cè)試儀器還可與伏安測(cè)試儀表結(jié)合，可測(cè)試小面積電池樣品的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)G01J3/26GK201514316SQ200920171239
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者范強(qiáng) 申請(qǐng)人:范強(qiáng)