晶体硅光伏能源器件(硅太阳电池)的计量测试

　　矿物能源的短缺和全球环境的污染日益威胁着人类的生存,其严重性和紧迫性越来越引起重视。太阳电池发电系统,作为理想的再生能源,得到人们的青睐,正以稳定的高速度发展着。目前制约太阳电池行业发展的最主要的因素仍然是太阳电池的成本和效率。若要提高太阳电池的效率,降低其成本,除了上规模、上效益,并研究太阳电池的新工艺,开发新材料等外,还有一个至关重要的方面,就是建立建全全国统一的太阳电池计量标准和完整的计量传递体系,使之真正起到统一量值、服务于光伏能源行业、促进其发展的目的。

　　1　硅太阳电池计量检定系统

　　为了保证生产、开发、应用的正确开展,除了太阳电池生产工艺中的计量标准外,还需要一个完整的计量检定系统,保证成品的检定测试。如图1所示,太阳电池计量检定系统主要由四部分组成:

　　标准光谱辐照度、标准太阳电池、光谱标准太阳电池和太阳电池的电流-电压特性测量。

　　标准光谱辐照度是由IEC或者ISO制定的一组太阳光谱辐照度数据,只有满足或接近(连带光谱失配系数修正)这样的施照条件才能进行准确的检定[1,2]。

　　标准太阳电池和光谱标准太阳电池是按照国家或国际标准研制,并由专门机构通过多种可靠的方法标定的[3,4,5]。

　　光谱标准太阳电池用于太阳电池计量检定系统中光谱匹配修正系数的计算[6]。利用一级光谱标准太阳电池在光谱响应度检定装置上,标定二级光谱标准太阳电池。对于非线性较大的硅太阳电池,则应加标准辐照度的偏置光。光谱响应度检定装置主要有光谱单色仪法和干涉滤光片法[7]。

　　利用一级标准太阳电池在自然阳光下或在满足一定要求的太阳模拟器下[8],标定二级标准太阳电池[3]。该标定必须符合标准测试条件(STC)[1],并且时刻测量太阳电池的结温[9]。

　　利用二级标准太阳电池(当然也可用一级标准太阳电池)可以在三种装置下测量太阳电池的I-V特性[10]:自然阳光、太阳模拟器或脉冲式太阳模拟器。如果不能满足规定的测试条件,应进行电压温度系数修正、电流温度系数修正、内部串联电阻的修正、曲线修正系数的修正[11]。由测量的I-V特性曲线可以计算出许多太阳电池的重要参数:开路电压(VOC)、短路电流(ISC)、最大功率(Pmax)、最大功率时的电流(Imax)、最大功率时的电压(Vmax)、填充因子(FF)、转换效率(η)、负载电流(IL)等等。

　　2　标准太阳光谱辐照度分布

　　太阳电池的响应与波长有关,入射光的光谱分布严重地影响其性能的测量。然而,自然太阳光的光谱分布受地理位置、气候、季节和时间的影响;太阳模拟器的光谱分布随其类型及工作状态而不同。如果标准太阳电池和被测太阳电池的光谱响应不一致,光谱分布的改变会对测量结果带来很大的误差。因此国家和国际标准中都规定了地面光伏器件检测用的标准太阳光谱辐照度数据ER(λ)。