太陽光譜介紹

1、精選文檔太陽光譜介紹 (描述分類AM0, AM1.5)太陽表面溫度接近6000K，因此其放射光譜幾乎等同于該溫度下的黑體輻射，并且光譜照射是并無方向性的，地球與太陽相距約一億5千萬公里遠(yuǎn)，而能到達(dá)地球表面的光子，幾乎只有正向入射至地球表面的光譜所貢獻(xiàn)，到達(dá)地球大氣圈表面的光譜輻射能量定義為太陽常數(shù)(solar constant)，其數(shù)值大約1.353 kW/m2 ，因此大氣圈外的太陽光譜定義為AM0，其中大氣質(zhì)量(air mass)用來估量因?yàn)榇髿鈱游蘸?，所?dǎo)致影響太陽光譜表現(xiàn)與總體能量值，而這些能量值亦是地球表面應(yīng)用的太陽電池組件所能運(yùn)用的。圖二說明大氣質(zhì)量的計(jì)算方法，大氣質(zhì)量數(shù)值常是使用

2、Air Mass =1/cos 來計(jì)算的，其中=0所代表的是太陽光線從頭頂上方直射下來，而由上述的計(jì)算市中可知，地球表面用以衡量太陽光譜的大氣質(zhì)量值是大于等于1，目前被慣以使用的太陽光譜AM1.5，即是太陽光入射角偏離頭頂46.8度，當(dāng)太陽光照射到地球表面時(shí)，由于大氣層與地表景物的散射與折射的因素，會多增加百分之二十的太陽光入射量，抵達(dá)地表上所使用的太陽電池表面，其中這些能量稱之為擴(kuò)散部份(diffusion component)，因此針對地表上的太陽光譜能量有AM1.5G (global)與AM1.5D(direct)之分，其中AM1.5G即是有包含擴(kuò)散部分的太陽光能量，而AM1.5D則沒有

3、。圖三所表示的即是大氣圈外(AM0)與地表上(AM1.5)太陽光能量光譜。 圖二、大氣質(zhì)量的計(jì)算方法示意圖圖三、大氣圈外(AM0)與地表上(AM1.5)太陽光能量光譜太空用的太陽電池組件電性量測所使用的標(biāo)準(zhǔn)光譜是以AM0，而地面上應(yīng)用的太陽電池組件電性量測所使用的標(biāo)準(zhǔn)光譜，依其應(yīng)用性之不同，可采用AM1.5G或是AM1.5D，其中AM1.5G光譜的總照度為963.75W/m2，而AM1.5D光譜的總照度為768.31W/m2，在量測計(jì)算應(yīng)用上方便，常會將此二值做歸一化(normalize)至1000 W/m2。太陽光源仿真器太陽電池組件的電性量測，是可分別于戶外(outdoor)或是

4、室內(nèi)(indoor)來進(jìn)行的，而太陽電池組件會有容易受到溫度、照度影響與地利位置等因素的影響，所以在戶外進(jìn)行量測所得到的數(shù)據(jù)不易有再現(xiàn)性與可比較性，雖不利于太陽電池的研究開發(fā)之用，但對于已完成的太陽電池模塊的實(shí)際發(fā)電效率監(jiān)控卻是有莫大的幫助，基于前述理由，目前主要的太陽電池組件量測工作，大多數(shù)都于室內(nèi)來進(jìn)行測試，組件電性量測過程所需的太陽光線，是利用太陽光仿真器(solar simulator)來提供近似太陽光譜的光源，同時(shí)因?yàn)樘栯姵亟M件的電力輸出，與太陽光頻譜有著密不可分的關(guān)系。因此太陽光仿真器的優(yōu)劣，即會大大影響組件的測試結(jié)果，因此有美國標(biāo)準(zhǔn)量測規(guī)范ASTM E927、IEC 60904

5、-9 與 JIS C8912 等標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范太陽光仿真器的等級區(qū)分，綜合光源的照射強(qiáng)度均勻性(No uniformity of total irradiance)、照射不穩(wěn)定性(Temporal instability of irradiance)、光譜合致度(spectral match)，將太陽光仿真器等級分為A、B、C三個(gè)等級，如表一所示。目前常用的單一光源太陽光仿真器有鹵素?zé)襞?tungstenhalogen lamp, ELH) 與 Xe燈泡(Xenon lamp)為主，鹵素?zé)襞荽钆鋎ichroic filter所組成的太陽光仿真器屬于C級，主要是因?yàn)槠湓诓ㄩL0.70.8m范圍能量過高

6、，在0.40.5m范圍能量卻不足，而使用Xe燈與合適AM1.5G filter所組成的太陽光仿真器，其光譜波長短于0.8m范圍可達(dá)A級，而在0.81.2m波長范圍有著強(qiáng)烈的原子放射波段(atomic line)，雖無法達(dá)到完全近似太陽光譜，但對于傳統(tǒng)的單一接面(single junction)太陽電池組件電性量測來說是足夠的。表一、太陽光仿真器分級標(biāo)準(zhǔn)太陽電池光譜響應(yīng)量測太陽電池組件的光譜響應(yīng)特性，直接影響著組件能量轉(zhuǎn)換效率表現(xiàn)，而太陽電池光譜響應(yīng)量測(spectrum response measurement)的物理意義是測試太陽電池所產(chǎn)生光電流對應(yīng)吸收光譜波段范圍，因此對于研究開發(fā)太陽電池

7、而言，了解組件對太陽光譜的響應(yīng)特性是相當(dāng)重要的，不僅是可用于太陽電池組件的電性量測輸出特性的修正，亦是做為多接面太陽電池(multi-junction solar cell)組件設(shè)計(jì)重要信息，因?yàn)槎嘟用娴奶栯姵厥且源?lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目的是著眼于如何有效的運(yùn)用太陽光譜來得到更多的可用電力輸出，所以藉由太陽電池光譜響應(yīng)特性，可以協(xié)助研發(fā)人員設(shè)計(jì)出更高轉(zhuǎn)換效率的組件，圖四為用于太陽電池光譜響應(yīng)研究的量測設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖四、用于太陽電池光譜響應(yīng)研究的量測設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖太陽電池量測值修正目前用來評估太陽電池電性輸出主要是使用太陽光仿真器(solar simulator method)與標(biāo)準(zhǔn)參考電池法(r

8、eference cell method)，但由于利用太陽光仿真器所產(chǎn)生光源的光譜與實(shí)際自然太陽光連續(xù)光譜仍有些微差距，并且選用的標(biāo)準(zhǔn)參考電池的光譜響應(yīng)與所用測試的太陽電池的光譜響應(yīng)也不盡相同，因此藉由上述的測試方法所的組件電性特征值會與真實(shí)太陽光下操作的特性輸出有異，因此有必要進(jìn)行修正，修正方法是根據(jù)ASTM E973所規(guī)范的，主要的修正是要找出頻譜不吻合參數(shù)(spectral mismatch parameter)。若待測太陽電池組件的頻譜響應(yīng)特性與標(biāo)準(zhǔn)參考電池組件特性相同，或太陽光仿真器光譜與標(biāo)準(zhǔn)參考光譜相同時(shí)，這樣對太陽電池組件的量測將顯得相當(dāng)簡易，但往往事實(shí)未如此簡單，因?yàn)橥ǔ４郎y太陽電池組件的頻譜響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)參考太陽電池不盡相同，所以需要藉由推算出頻譜不吻合參數(shù)值，可藉此調(diào)整太陽光仿真器光源強(qiáng)度。 目前無論是業(yè)界或研究單