太陽電池及其應(yīng)用第四章全文20121224解讀

1、第四章 太陽電池的標(biāo)定和測量 4.1 太陽能電池的標(biāo)定太陽電池效率的定義是： 太陽電池在最佳工作狀態(tài)下輸出的電功 率與投射到太陽電池上總的光功率之比。 電功率用一般的電子儀器很 容易測出，但光功率光的能量的測量，因涉及光譜問題，就比較 復(fù)雜。光照時(shí)太陽電池的電流特性和電壓特性基本上概括了整個(gè)太陽 能電池電性能， 前者主要是收集效率的問題， 后者是太陽電池二極管 的特性問題。對同一片電池，收集效率與光譜特性密切相關(guān)，而二極 管特性和填充因素則與光源光譜無關(guān)。因此，效率問題，實(shí)際上變成 了測量短路電流與各種光源的光強(qiáng)的關(guān)系問題。 如在某一特定光源的 光強(qiáng)下，只要得到同樣的電流，二極管特性將是一樣的

2、。既然效率的 測量歸結(jié)到確定太陽電池的短路電流， 因此，確定太陽電池在某一狀 態(tài)下的短路電流就很重要了。目前，國際上通用的測量方法，是采用標(biāo)準(zhǔn)電池法，亦即選一片 太陽電池，首先在某一特定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（光源）下進(jìn)行短路電流數(shù)值 的測定，然后用它作參考電池去校準(zhǔn)測試時(shí)所用光源的光強(qiáng)， 再用此 光強(qiáng)測量其它的被測電池。 我們把作為參考的電池在一定的光源狀態(tài) 下，確定短路電流的過程叫做標(biāo)定。而利用標(biāo)準(zhǔn)電池的數(shù)據(jù)，去獲得 其它電池的數(shù)據(jù)的對比過程簡稱為復(fù)現(xiàn)。 一般說來， 太陽電池效率的 測量問題可歸結(jié)為標(biāo)定參考電池， 和在一定光源下用標(biāo)準(zhǔn)電池復(fù)現(xiàn)的 問題。太陽能電池效率 的定義為1 Voc JscFF J

3、sc （VocFF ）（4-1）我們把 Jsc 稱為積分響應(yīng) Q ：JQ =Jsc（4-2）則把方程式（ 4-1）變成=Q VocFF（4-3）所以，只要定出一個(gè)太陽電池的積分響應(yīng) Q ，它的效率就可求出。 確定太陽電池在某一個(gè)特定的太陽光照狀態(tài)下的 Q 值，是標(biāo)定工 作的主要內(nèi)容。根據(jù)太陽電池用途（如空間使用或地面使用）不同， 標(biāo)定方法也有差別。 4.1.1 空間用太陽電池的標(biāo)定空間用太陽電池的標(biāo)定，統(tǒng)稱 AM0 標(biāo)定。目前最常用的 AM0 標(biāo)定法有如下幾種：衛(wèi)星標(biāo)定、火箭標(biāo)定、氣球標(biāo)定、飛機(jī)標(biāo)定、高 山標(biāo)定和實(shí)驗(yàn)室光譜標(biāo)定。 衛(wèi)星標(biāo)定一般都是實(shí)地驗(yàn)證其它標(biāo)定方法 的一種手段，而不作為標(biāo)定電

4、池的方法，原因是太陽電池不能回收。 火箭標(biāo)定是飛行高度最高（ 250km）的一種標(biāo)定方法，飛行高度比氣 球高五倍多，這種方法成本高。高山標(biāo)定比較容易實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定 需要精密儀器，但可用來比較其它標(biāo)定方法所得的結(jié)果。各種標(biāo)定方法中氣球標(biāo)定和高山標(biāo)定法比較常用。 氣球標(biāo)定的光 源狀態(tài)已接近理想的 AM0 狀態(tài)。這種方法已連續(xù)進(jìn)行十幾年，積累 了大量的標(biāo)準(zhǔn)電池?cái)?shù)據(jù)。 特別是根據(jù)這些標(biāo)定結(jié)果設(shè)計(jì)各種衛(wèi)星的太 陽電池方陣，其功率與衛(wèi)星實(shí)際飛行結(jié)果符合，所以，各國公認(rèn)此法 標(biāo)定的電池是一級標(biāo)準(zhǔn)電池。 但是各種標(biāo)定方法都可以得到高精度的 標(biāo)準(zhǔn)電池。 各種方法要相互比較， 而取其結(jié)果一致的電池作為一級標(biāo)準(zhǔn)電

5、池用高空氣球或探空火箭標(biāo)定的最大問題是成本太高。 如果用其它 標(biāo)定方法，例如高山標(biāo)定， 實(shí)驗(yàn)室光譜標(biāo)定等較經(jīng)濟(jì)的方法，對標(biāo)出 的結(jié)果通過實(shí)踐衛(wèi)星上遙測的數(shù)據(jù)給以驗(yàn)證， 那么它們就將成為 更實(shí)用的方法。衛(wèi)星或飛船上用的太陽電池，是在不同軌道上接受陽光的輻射， 為了確定一個(gè)共同的基礎(chǔ)，引入了 AM0 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的陽光輻照度（不 存在大氣衰減的平均日地距離上垂直于陽光的平面上的太陽光輻照 度），即太陽常數(shù)的概念。 空間標(biāo)定就是確定在 AM0 狀態(tài)下， 太陽電 池的短路電流或短路電流密度；或者說確定太陽電池在 AM0 條件下 的積分響應(yīng)。1、高山標(biāo)定為了獲得 AM0 狀態(tài)下太陽電池的電流數(shù)值，可利用大氣

6、對太陽光輻照度的衰減規(guī)律進(jìn)行外推。設(shè)太陽光光譜輻照度 e（），在通過大氣層時(shí)， 因大氣質(zhì)量 （m） 變化了 dm，使得輻照度減小了 de（ ）4-4)de( ) -k( )dme( )式中 k（）是與 m 無關(guān)的常數(shù)。在大氣質(zhì)量由零變到m 時(shí)，輻照度由 e0（ ）變到 e（）：e de( ) e0 e( )m-k( ) 0 dm所以e()=e0()exp-k( )m(4-5)式中 j()和 j量為 m 和零時(shí)的光譜電流。)分別為太陽電池在大氣質(zhì)上述方程式也可以變?yōu)榱硪环N形式：ln j( )=ln j 0() k()m(4-6)以 ln j()和 m 作圖時(shí)，得到一條縱坐標(biāo)截距為 ln j 0(

7、)的直 線(見圖 4-1)。直線的斜率 k( )為大氣的吸收系數(shù)。大氣狀況不同 時(shí)，k( )值也不同。各直線斜率雖不同，但外推到 AM0 條件即 m=0 時(shí)，應(yīng)當(dāng)相交在一個(gè)共同點(diǎn) ln j 0( )。根據(jù)上述原理，用一批波長不 同的干涉濾光片蓋到待標(biāo)定的太陽電池上， 測各種大氣質(zhì)量下的光譜 電流 j(), 然后，都外推到 AM0 狀態(tài)，則分別得到各個(gè)波長下的 j0( ) 值：則jAM0= j0(n) n=1，2，(4-7)對白光的情況，方程式( 4-5)兩邊都乘以光譜響應(yīng) Q( )，并對整 個(gè)波長積分：e( )Q( )de0 ( )Q( )exp-k( )md按積分中值定理，總可以選擇一個(gè)適當(dāng)

8、的 k* ，使其滿足：e0( )Q( )exp-k( )md exp(-k * m) e0( )Q( )d即 J=J0exp( -k*m )或 ln J=ln J0-k*m( 4-8)可以看出， 如果直接用白光外推， 大全狀態(tài)必須經(jīng)常穩(wěn)定和有一個(gè)確 定不變的等效大氣吸收系數(shù) k* 。在實(shí)驗(yàn)過程中，由于靠近地面大氣的渾濁度大，以及影響太陽輻射的因素太多，所以都選擇距海平面相當(dāng)高度的高 山頂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，故名高山標(biāo)定。從外 推原理來說，大氣質(zhì)量 m 越小，不論是用單色光外推或者是用白光 外推，外推的長度也就越短，從而也就越精確。在高山頂上的大氣質(zhì) 量 m，除了和天頂角 Z 有關(guān)外，還與氣壓 P 有關(guān)

9、：4-9)Pm secZP0式中 P0 為海平面標(biāo)準(zhǔn)氣壓，山越高，氣壓越小，從而大氣質(zhì)量 也就越小。天頂角 Z 可由緯度 ,太陽傾角 和時(shí)間 t 計(jì)算出來：cosZ=sinsin+coscos cos t（4-10）由于日地距離在標(biāo)定時(shí)，不是一個(gè)天文單位（平均日地距離） ，所以 標(biāo)定后的數(shù)值還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?全部標(biāo)定試驗(yàn)的太陽電池都放在 能自動(dòng)跟蹤太陽的準(zhǔn)直桶內(nèi)， 記錄下當(dāng)?shù)卣嫣枙r(shí)和被標(biāo)定電池的短 路電流密度， 計(jì)算出短路電流密度與大氣質(zhì)量的關(guān)系， 從而把大氣質(zhì) 量外推到零，求出 AM0 條件下的太陽電池的短路電流密度值。為了使大氣質(zhì)量再進(jìn)一步減小， 只靠高山的高度還是不夠的， 因 此設(shè)

10、計(jì)了飛機(jī)標(biāo)定； 按高山標(biāo)定大氣質(zhì)量外推的同樣原理， 在飛機(jī)上 隨飛機(jī)的高度變化測被標(biāo)太陽電池短路電流密度。 高山標(biāo)定， 山的高 度一般為 23km，飛機(jī)標(biāo)定時(shí)飛機(jī)飛行高度可達(dá)到 1020km。2、氣球標(biāo)定飛機(jī)飛行的高度還不能穿越大氣層， 因此要想獲得更高的實(shí)驗(yàn)精度，最好能在大氣層外或接近于大氣層外進(jìn)行太陽電池的標(biāo)定。 除航天飛機(jī)和火箭外，高空氣球是較好的工具，它的飛行高度可超過 30km。99.5%的大氣在 36km 以下，在這個(gè)高度的上界，沒有灰塵，沒 有水蒸氣，沒有主要的臭氧帶，因此這里的太陽光（考慮到硅太陽電 池的光譜響應(yīng)波長為 0.35 1.1 m）基本上就是外層空間的太陽光， 因此

11、36km 的高空是標(biāo)定 AM0 標(biāo)準(zhǔn)硅太陽電池的好地方。氣球標(biāo)定系統(tǒng)分四部分：充氫氣或氦氣的氣球，太陽跟蹤裝置， 遙測系統(tǒng)和蓄電池（見圖 4-2）。氣球用特制的乙烯薄膜壓制而成。 氣球完全膨脹時(shí)直徑可大到 65m，體積 約 100,000m3 ，在沒有載荷下，漂浮高 度可達(dá) 36km。太陽電池安裝在電池板上，每個(gè)太陽電池都并接一個(gè)精密電阻。太陽電池板安裝在太陽跟蹤裝置上。當(dāng)氣球達(dá)到 一定高度時(shí)，通過壓力開關(guān)控制接通跟 蹤裝置的電源，使太陽電池正對著太 陽。跟蹤精度現(xiàn)在可達(dá)到 1。各片太陽電池的轉(zhuǎn)換用多位步進(jìn)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。 從太陽電池兩端得到的正比于電池短路電流的電壓信號送到壓控振蕩器，轉(zhuǎn)換成頻率

12、的變化量， 再去調(diào)制載頻， 由調(diào)頻發(fā)射機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面。 跟蹤控制的電子器件以及遙測系統(tǒng)的前置防大部分都安裝在氣球的頂部， 由穿過氣球的 電纜將電源和信號與氣球下部的相應(yīng)部分連接起來。 氣球下部載有調(diào) 頻發(fā)射機(jī)、蓄電池組、降落傘、天線以及其它控制機(jī)構(gòu)。除了測量太陽電池的電壓信號外， 還需測太陽電池的溫度和參考 電壓。氣球按設(shè)計(jì)的充氣量和載重量， 當(dāng)它上升到一定高度時(shí)， 便停止 在這一高度上，一般稱飄浮高度， 在這個(gè)高度上，氣球漂浮大約 34h， 這時(shí)進(jìn)行測試。 測試完畢后， 由預(yù)置時(shí)間計(jì)控制裝置使氣球以一定速 率放氣，氣球就慢慢地下降到地面上來。 降落傘是用以防止氣球爆裂 時(shí)整個(gè)氣球系統(tǒng)包括

13、儀器及被標(biāo)的太陽電池在落地時(shí)摔壞。整個(gè)氣球標(biāo)定系統(tǒng)的精度原來為 0.76%，現(xiàn)在提高到 0.5%。3、實(shí)驗(yàn)室光譜標(biāo)定 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)定太陽電池和在自然陽光下標(biāo)定不同。 它是在已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) AM0 光譜輻照度下，求太陽電池短路電流密度的方法。太陽常數(shù)和 AM0 光譜輻照度，通過大量的多年觀測已基本確定下來，并 公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)被推廣應(yīng)用。設(shè)太陽電池的等能量光譜響應(yīng) Q()是已知的；Q( )dj( )d()4-11)式中 ()為光譜能量。則在 AM0 光譜輻照度 e0()下，太陽電 池的短路電流 JAM0 即可求出：JAM 0 e0( )Q( )d(4-12) 或近似地寫成JAM 0e0（ ）Q（ ）（

14、4-13）式中 為取的光波波長間隔， 為標(biāo)稱波長。Q（）量綱為 mA/mW ，故稱為絕對光譜響應(yīng)。 由于太陽電池光照面上， 被形狀不同的柵線覆蓋著， 這里所提的 Q（）是整個(gè)太陽電池的，而不是有效光照面積的光譜響應(yīng)，所以 計(jì)算出的 JAM0 是整個(gè)太陽電池的電流密度。這種標(biāo)定方法比較麻煩。 因太陽電池的絕對光譜響應(yīng)的測量比較 困難，另外，光譜響應(yīng)的測量大都是在弱的， 獨(dú)立的單色光下測量的， 由這些測量的結(jié)果綜合成的光譜響應(yīng)有時(shí)對某些類型的太陽電池不 能適用。 4.1.2 地面用太陽電池的標(biāo)定1、 總輻射法最早確定地面太陽電池效率的方法， 是把太陽電池水平地放置在 地平面上，把直接輻射計(jì)對準(zhǔn)太陽

15、，總輻射計(jì)水平放置，然后同時(shí)測 量太陽電池的輸出和直接輻射量及總輻射量， 并據(jù)此計(jì)算出散射輻射 量。圖 4-3 為總輻射法標(biāo)定太陽電池示意圖。電池短路電流可直接用數(shù)字電壓表自動(dòng)采集測量并聯(lián)在太陽電 池兩端的電阻上的電壓降， 也可通過電流電壓變換器測量經(jīng)放大后的 電壓顯示出來。4-14)對入射到太陽電池上的太陽輻射量， 是散射輻射量和直接輻射量 二個(gè)分量之和：總=散+直cos Z天頂角 Z 可以從直射輻射計(jì)準(zhǔn)直桶傾斜的角度求出， 也可以用方程式 （ 4-10）算出。用這種方法標(biāo)定出的太陽電池對當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)使用它校準(zhǔn)地面陽光 和測試太陽電池方陣功率是有實(shí)際使用價(jià)值的。此法要求天空晴朗無云時(shí)標(biāo)定電池，但

16、標(biāo)定的結(jié)果仍難于重復(fù)。 原因是季節(jié)和氣候變化很大，使各個(gè)地面用太陽電池的優(yōu)劣難于比 較。由于總輻射里面包含的散射輻射變化很大， 要想從規(guī)定的大氣參 數(shù)確定地面陽光總輻射的輻照度的標(biāo)準(zhǔn)也很困難。比較可行的辦法 是，每年選取春秋兩季中天氣最好的日期進(jìn)行。在標(biāo)定時(shí)，除了按常 規(guī)測試電池的電流和總輻射量外，還增測太陽光的總輻射光譜輻照 度。利用多年中多次測量的平均值確定標(biāo)準(zhǔn)光譜。 在標(biāo)定其它電池時(shí)， 把標(biāo)定值都校正到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。實(shí)際上，校準(zhǔn)方法所用的總輻射光譜輻照度，因測量困難，有時(shí)只用總輻射法標(biāo)定，而不修正到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。2、 直接輻射法直接輻射法和總輻射法不同， 直接輻射法標(biāo)定的量是太陽的直接 輻射量和

17、在直接輻射下太陽電池的短路電流。 由于標(biāo)定的量不包括散 射輻射，所以標(biāo)定結(jié)果可以由選定的標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)來控制。 通常情況 下，在一定的大氣質(zhì)量變化范圍內(nèi)，晴朗無云，大氣渾濁度不太高， 標(biāo)定的結(jié)果不因時(shí)間地點(diǎn)的變化而有大的變化。 這種穩(wěn)定性的標(biāo)定結(jié) 果是直接輻射法所具有的特點(diǎn)。因此，地面用太陽電池的標(biāo)定方法， 往往采用直接輻射法。直接輻射法也稱 NIP 法，它是把被標(biāo) 定的太陽電池分別裝在和直接輻射計(jì)有相 同視角的準(zhǔn)直桶內(nèi)（圖 4-4），和直接輻射 計(jì)一起跟蹤太陽，并在同一時(shí)刻測量和記 錄太陽電池的短路電流和直接輻射能量。在測量過程中，對大氣狀態(tài)要嚴(yán)格監(jiān)視，要求為：（1）天氣晴朗無云；（2）同 一

18、個(gè)太陽電池總輻射的電流不大于直接輻射的電流1.2倍；（3）大氣質(zhì)量介于 1 和 2 之間。 NIP=Normal incidence pyrheliometer, 即在垂直入射直接輻射計(jì)10自動(dòng)跟蹤裝置可分兩類， 第一種是天文觀測用的定日計(jì)， 用一只 同步電動(dòng)機(jī)按一定轉(zhuǎn)速比帶動(dòng)準(zhǔn)直桶沿黃道面以360 /h 的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這種跟蹤方法比較簡單。第二種是采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，用兩隊(duì)差 動(dòng)相接的太陽電池做敏感器， 在準(zhǔn)直桶未完全對準(zhǔn)太陽時(shí)， 它們的差 分信號經(jīng)相敏放大帶動(dòng)可逆電動(dòng)機(jī)驅(qū)使準(zhǔn)直桶向正對太陽方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 在準(zhǔn)直桶對準(zhǔn)太陽時(shí)，差分信號為零，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。為了達(dá)到標(biāo)定的數(shù)據(jù)能相互比較的目的， 對標(biāo)準(zhǔn)

19、大氣狀態(tài)下的地 面陽光光譜輻照度做了如下的處理。比較合理的方法是對全國不同地區(qū)進(jìn)行不同大氣質(zhì)量的地面光 譜輻照度的實(shí)地測量。 最后進(jìn)行綜合處理取平均值。 這種測量數(shù)據(jù)要 經(jīng)過長時(shí)間的積累， 才能確定給出全國或一個(gè)地區(qū)最有代表性的地面 光譜輻照度。顯然這是一項(xiàng)非常艱巨而繁重的工作。另外一種方法是對大氣參數(shù)做了有代表性的假設(shè)， 然后根據(jù)大氣 在這種模型下的吸收規(guī)律由 AM0 光譜輻照度計(jì)算出地面標(biāo)準(zhǔn)大氣狀 態(tài)下的光譜輻照度。有了標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度， 對其它時(shí)間和地區(qū)標(biāo)定出的太陽電池?cái)?shù)據(jù) 短路電流或積分響應(yīng)， 就可以進(jìn)行修正。 修正的方法可按下節(jié)光 譜標(biāo)定法進(jìn)行。4-15) 4.1.3 太陽電池的光譜能

20、量標(biāo)定 太陽電池標(biāo)定是確定太陽電池在一定標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的短路電流密 度，或確切地說是在一定的光譜輻照度下的積分響應(yīng)：Qe0 ( )Q( )d( )/ e0( )d11 式中Q與 e0()有關(guān)的常數(shù)，當(dāng)二個(gè)光源的光強(qiáng)相等時(shí)，它們所對應(yīng) 的短路電流并不相等，原因是積分響應(yīng) Q不同。 Q是個(gè)平均概念，它 是由太陽電池的光譜響應(yīng) Q( )所決定的?，F(xiàn)在所用的光譜響應(yīng)大都是相對響應(yīng) Qr( ),而計(jì)算短路電流密 度所用的是絕對響應(yīng) Qa()前一節(jié)籠統(tǒng)稱為 Q(), 它們之間相 差一個(gè)系數(shù) k：Qa()=k Qr()(4-16)光譜能量標(biāo)定所要解決的主要問題， 就是如何確定 k 的問題， 亦即給 光譜能量絕對

21、標(biāo)定的問題。1、 用單色光(能量)定標(biāo)單色儀分光出來的單色光束， 能量較小不宜用以定標(biāo)。 而需用其 它單色光束。它的能量必須大于輻射計(jì)能夠測出的最低能量。氦氖激光器：利用氦氖激光器激光光束( 632.8nm)照射太陽電 池，并測其電流密度 j，然后在光束能量不變的前提下，用激光功率 計(jì)測光束能量 e。太陽電池在 =632.8nm 處的絕對響應(yīng) Qa()為Qa=j/e因各波長相對響應(yīng)的刻度不同，由方程式( 4-16)就可按比例確定出 各波長共同的比例系數(shù) k 來。汞燈：由于汞燈是線光譜光源，而且其中綠光( 546.1nm)的能 量最豐富， 所以它可以用來作單色光能量定標(biāo)的光源。 它和激光器不 同

22、，為了獲得對太陽電池的單色光照射， 汞燈和太陽電池之間還需加12一塊 5461 的干涉濾光片。 由于 5461的能量比較大， 所以用輻射計(jì)可 測出它的能量。用單色能量定標(biāo)， 關(guān)鍵的問題是準(zhǔn)確的測定單色光的能量。 只要 我們有太陽電池光譜響應(yīng)范圍內(nèi)的單色光源， 并且它們給出的單色光 能量又大到可以用輻射計(jì)測出，那么任一種波長下定標(biāo)都是一樣的。 這里假設(shè)相對響應(yīng)和絕對響應(yīng)之間的系數(shù)在各個(gè)波長都相同。2、 在白光下定標(biāo)假設(shè)在一給定的光源下， 光源的相對光譜輻照度 er()是已知的， 太陽電池的相對光譜響應(yīng) Qr()也是已知的， 此時(shí)在該光源下測量太 陽電池的短路電流密度 J 和光源的輻照度 , 則可

23、求出 k：4-17)J er ( )d ker ( )Qr ( )d另外，如果光源的光譜輻照度 er( )是已知的，則在該光源下太陽電4-18)池的電流密度 J 即為J k ea( )Qr ( )d換句話說，只要測出太陽電池在硅片輻照度已知的光源下的電流， 也可以求出。 4.2 復(fù)現(xiàn)太陽電池的標(biāo)定主要包括兩個(gè)內(nèi)容： 一個(gè)是確定電池的積分響應(yīng) Q(mA/mW)，另一個(gè)是確定它的光譜響應(yīng) Q()(mA/mW) 。所以要強(qiáng) 調(diào)這二點(diǎn)，是由于下列原因：(1)一般的太陽模擬器的光譜特性與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的太陽光譜分布不同，有些部分相差較多13（ 2）標(biāo)準(zhǔn)的太陽電池的光譜響應(yīng)和被測太陽電池的光譜響應(yīng)不 同，有的

24、相差很遠(yuǎn)。上述兩點(diǎn)也是復(fù)現(xiàn)的主要問題， 即模擬光源光譜與太陽光譜不匹 配和標(biāo)準(zhǔn)電池與被測電池光譜響應(yīng)不匹配。 為此必須對模擬器、 標(biāo)準(zhǔn) 電池和被測電池建立起相互的光譜關(guān)系。在用標(biāo)準(zhǔn)電池校對光源的光強(qiáng)時(shí)， 光源應(yīng)當(dāng)接近標(biāo)定用光源的狀 態(tài)，例如 AM0 的標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜輻照度或者 AM1.5 標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜輻照 度。凡光譜輻照度接近標(biāo)準(zhǔn)太陽的光源都稱為太陽模擬器。 不適當(dāng)?shù)?模擬器，由于它的光譜與太陽光譜不匹配測試上也將引起很大的誤 差。因此測量太陽電池的效率時(shí)， 標(biāo)準(zhǔn)太陽電池和太陽模擬器二者是 必不可少的。以下分別敘述光源及標(biāo)準(zhǔn)電池。 4.2.1 氙燈模擬器現(xiàn)用的太陽模擬器有二種， 第一種為脈沖氙燈

25、太陽模擬器； 第二 種為直流球形氙燈模擬器。本節(jié)重點(diǎn)介紹直流球形氙燈太陽模擬器。這種模擬器根據(jù)氙燈的功率可分為百瓦級、千瓦級甚至萬瓦級。 大功率的氙燈常用在組合條或方陣的測試上， 1 千瓦的氙燈多用于單 片太陽電池的測試。模擬器的結(jié)構(gòu)及光學(xué)系統(tǒng)示于圖 4-5.氙燈的光弧要求正好在橢球反光鏡的一個(gè)焦點(diǎn)上， 從氙燈出來的 光線經(jīng)反光鏡后聚焦在橢球鏡第二焦點(diǎn)上， 在第二焦點(diǎn)上放置一組棒 狀聚光透鏡（積分器） ，它把匯聚的光束充分混合后，使光束在截面 上的每個(gè)小的局部輻照度均勻， 從而從積分器它又正好在準(zhǔn)直物 鏡的焦平面上出來的混合光束， 經(jīng)準(zhǔn)直物鏡變成平行光線。 所有14透鏡都是熔融石英制成的。大型

26、的太陽模擬器的橢球鏡焦距長， 為節(jié)省空間，在橢球的兩個(gè)焦點(diǎn)間加一平面反射鏡來改變光線的路徑。氙燈的供電是采用三相交流電經(jīng)半控橋式整流的方式實(shí)現(xiàn)的。 氙 燈控制回路的可控硅控制極接移相觸發(fā)器， 由光電池作光反饋的敏感 元件，它和標(biāo)準(zhǔn)信號的差值經(jīng)放大器放大后， 加到移相觸發(fā)器的輸入 端，控制脈沖相位從而達(dá)到拉制可控硅導(dǎo)通角。 這樣氙燈回路的電流 和光電反饋信號形成閉環(huán)，使系統(tǒng)及輻照度穩(wěn)定。有了幾何光學(xué)系統(tǒng)（橢球反光鏡、積分器和準(zhǔn)直物鏡）以及穩(wěn)定 輻照度的可控制的供電系統(tǒng)， 模擬器就具備了下述特點(diǎn)： 均勻的光照 面積（ mm2 范圍）；輻照度對時(shí)間的穩(wěn)定性（變化量 /小時(shí)）；光束的 準(zhǔn)直角（太陽角）

27、。一般的太陽模擬器，上述指標(biāo)都有一定的數(shù)值。 除了上述參數(shù)之外， 還有一個(gè)重要的參數(shù)即光譜特性， 它是影響測試 精度的重要參數(shù)。氙燈的光譜輻照度由于紅外部分太大和太陽光譜相差很多， 致使 氙燈光譜和一般的鎢燈光譜在實(shí)用上相差不多。 要達(dá)到模擬太陽光譜15的目的，必須對氙燈光譜進(jìn)行修正，也就是要設(shè)計(jì)一組干涉濾光片， 讓氙燈中符合日光光譜的部分通過，對不符合的光譜部分進(jìn)行衰減。 但是，要想對全部光譜有選擇的衰減是非常困難的， 這也就是為什么 現(xiàn)今的太陽模擬器不可能做到十分完善， 以及光譜失調(diào)不能為零的緣 故。濾光片可根據(jù)用處不同， 設(shè)計(jì)成 AM0 氙燈濾光片和 AM1.5 氙燈 濾光片組。用時(shí)只需

28、把它放在光路中即可。圖 4-6 示出用 AM0 濾光 片，修正后的太陽模擬器光譜。 4.2.2 鎢燈 最方便和實(shí)用的模擬器是鎢燈，它結(jié)構(gòu)簡單，輻照度也很穩(wěn)定， 并且也可以達(dá)到足夠的均勻的光照面積。 但由于鎢燈光譜輻照度和日 光的相差太大，所以一般都用濾光裝置對紅外光譜進(jìn)行衰減。16濾光裝置有兩種，一種是水濾光器，另一種是濾紅外光的玻璃。 雖然它們都能對鎢燈的豐富的紅外光做適當(dāng)?shù)男拚?但還是和太陽光 譜相差較遠(yuǎn)。最近采用了一種介質(zhì)膜反光鏡加鹵鎢燈的光源。 它的特點(diǎn)是： 鹵 鎢燈發(fā)出的鎢燈光譜和經(jīng)過介質(zhì)膜 (透紅外光而反射可見光) 反射鏡 的可見光譜疊加在一起， 使得總的光譜分布有了很大的改善。

29、 由于利 用了反光鏡光通量增大了， 而且還可以通過調(diào)節(jié)反光鏡的位置來調(diào)節(jié) 光強(qiáng)。 4.2.3 復(fù)現(xiàn)方法 任何一種模擬器的光譜不可能和標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下的太陽光譜完 全一致，而作為參考電池的標(biāo)準(zhǔn)電池也不可能和被測電池光譜響應(yīng)一 致，因此，用一個(gè)參考電池校準(zhǔn)光強(qiáng)去測量另一個(gè)電池時(shí)就要出現(xiàn)誤 差，其誤差 為GT( )-GS( ) B( )-1d( 4-19)式中 GT()和 GS( )分別為被測電池和參考電池的相對光譜電流：GT ( )jT ( )jT,AM 0GS ( )jS ( )j S,AM 0B()為模擬器的光譜輻照度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(例如 AM0 )的光譜輻照度之比：B( )esim( )e0 (

30、)如果我們采用的模擬器 B()-1 很小，則復(fù)現(xiàn)誤差可以不考慮，17 實(shí)際上被測電池的精度，就非常接近標(biāo)準(zhǔn)電池(參考電池)的精度。 根據(jù)這個(gè)原理，高精度太陽模擬器往往是制造二級標(biāo)準(zhǔn)電池的最好手 段。這種模擬器可直接當(dāng)成標(biāo)定工具， 因?yàn)橛眠@種太陽模擬器測出的 太陽電池，能很好地接近一級標(biāo)準(zhǔn)電池的性能?，F(xiàn)在的問題是， 一般太陽電池制造單位大都采用鎢燈光源。 為了 精確測定太陽電池的性能， 就需要對不同類型的鎢燈光源做適當(dāng)?shù)墓?譜修正。最常用的鎢燈模擬器的光譜輻照度 e()和標(biāo)準(zhǔn)太陽的 e0()，往 往相差很大；假定用光譜響應(yīng) Qs 的參考電池校準(zhǔn)光強(qiáng)，而測試電池 的光譜響應(yīng)為 Qr，則被測電池在標(biāo)

31、準(zhǔn)狀態(tài)下的電流密度 Js 為：e0( )QTr ( )de( )QSr( )dJSJT( 4-20)S e( )QTr ( )d e0( )QSr ( )d T或JS=FSTJT( 4-21)式中 FST 為復(fù)現(xiàn)因子。很容易看出，當(dāng) er( )=常數(shù) e0()或 QSr=QTr 時(shí)， FST=1。就硅太陽電池而論，背場電池、常規(guī)電池和多晶電池， 它們的光譜響應(yīng)相差很大。 假如每種電池都有自己的標(biāo)準(zhǔn)電池做測試 的參考電池， FST 接近于 1；如果都以一個(gè)常規(guī)電池作參考電池，復(fù) 現(xiàn)誤差就很大， 在我們精確的測定一個(gè)太陽電池的性能時(shí)， 首先遇到 的是復(fù)現(xiàn)誤差，其次是標(biāo)準(zhǔn)電池的精度；而結(jié)果的誤差是二

32、者之和。 4.2.4 標(biāo)準(zhǔn)電池分類 標(biāo)準(zhǔn)電池分為一級標(biāo)準(zhǔn)、 二級標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)。 經(jīng)過多次標(biāo)定并 用其它標(biāo)定法對比后，標(biāo)定值能很好吻合的一批電池稱為一級標(biāo)準(zhǔn)。 一級標(biāo)準(zhǔn)電池都按一定的技術(shù)條件進(jìn)行封裝， 并部保存在干燥的空氣18 中。二級標(biāo)準(zhǔn)電池按復(fù)現(xiàn)的要求，除在模擬光源下測過短路電流外， 都進(jìn)行了光譜修正。二級標(biāo)準(zhǔn)電池都能嚴(yán)格跟蹤一級標(biāo)準(zhǔn)的精度。標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)用的標(biāo)準(zhǔn)電池稱為工作標(biāo)準(zhǔn)。一般工作標(biāo)準(zhǔn)分好幾類： 如不同劑量輻照度照過的電池(這又可按劑量分若干檔) ，多晶硅電 池，背場硅電池以及化合物電池等。 這些工作標(biāo)準(zhǔn)都按復(fù)現(xiàn)因子進(jìn)行 了修正。在使用它們時(shí)， 按被測太陽電池類型用各自的工作標(biāo)準(zhǔn)校對 光

33、強(qiáng)。工作標(biāo)準(zhǔn)電池經(jīng)常要和二級標(biāo)準(zhǔn)電池對比， 而二級標(biāo)準(zhǔn)電池則需 要定期到有關(guān)部門進(jìn)行校驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)太陽電池本身至少有三個(gè)必要的參數(shù)：積分響應(yīng) Q(mA/mW) 或在某一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的短路電流；光譜響應(yīng) Q( )和溫度系數(shù)。 4.3 光譜響應(yīng)的測量 太陽電池的光生電流(短路電流)的大小，由兩個(gè)因素決定：光 源的光譜輻照度和電池對各種光譜輻照度的響應(yīng)。 響應(yīng)是指一定能量 的單色光照到太陽電池上， 產(chǎn)生的光生載流子被收集后形成的光生電 流的大小。因此，它不僅取決于光量子的產(chǎn)額， 而且取決于收集效率。 為了描述光譜響應(yīng)這個(gè)概念，引用等量子光譜響應(yīng)和等能量光譜響 應(yīng)。工程上主要用等能量光譜響應(yīng)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式

34、為：Q( ) dj( )(4-22)d()如果把測出的光譜響應(yīng)的峰值取為 1，則這種分布稱為相對分布。 此時(shí)縱坐標(biāo)最大值為 1，其它小于 1。橫坐標(biāo)為波長，見圖 4-7。在太 陽電池性能測試和工程應(yīng)用時(shí)， 有時(shí)更關(guān)心它的絕對響應(yīng)， 既要求知19 到，在某一波長下， 1 單位的單色光能量， 能產(chǎn)生多少光生電流密度。 把這種分布畫在圖上，可以看出，曲線的形狀和圖 4-7 完全相同；不 同的只是縱坐標(biāo)的單位，見圖 4-8.任何一個(gè)光源在某一距離的任意垂直光束的平面上的光譜輻照 度的定義為e( ) dd( )(4-23)d所以，太陽電池在這樣的輻照度下產(chǎn)生的短路電流密度為Jsc e( )Q( )d(

35、4-24)由方程式( 4-24)可看出，在同一個(gè)光源下用不同光譜響應(yīng)的電池測 出的電流密度是不同的。測量方法分直流法和交流法； 所采用的分光儀器分干涉濾光片和 單色儀。各法測量都分兩部分： 測太陽電池的光譜電流密度和測相應(yīng)20 波長下的相對光譜能量，然后按方程式( 4-11)求出 Q( )。 4.3.1 光譜電流密度的直流測量 用干涉濾光片，或用單色儀，都可以測量光譜電流密度，裝置示 意圖見圖 4-9.直流測量時(shí)必須注意光的屏蔽， 因?yàn)楹愣▎紊猱a(chǎn)生的 直流光電流信號很小， 在光屏蔽不好的情況下， 雜散光引起的電流信 號比測試信號還大，這樣測試誤差就很大。直流測量雖有這個(gè)缺點(diǎn)， 但儀器不多，操

36、作簡單，故仍使用較多。4.3.2 用干涉濾光片測量分光儀器用 0.3 m到 1.2m范圍內(nèi)無次峰的窄帶干涉濾光片組 成。由于濾光片面積較大， 可以保證被測電池能均勻地、全部被單色 光照射。這樣測出的電池光譜電流密度，更接近實(shí)際情況。用單色儀 測量時(shí)，如果沒有特殊的裝置， 從出射狹縫來的單色光只能照在電池 表面的某一局部位置，這樣測出的性能不能反映整個(gè)電池的真實(shí)情 況，若做絕對測量，誤差就很大。用干涉濾光片測量， 不僅能得到大的光照面積， 而且容易測量絕 對光譜響應(yīng)；即在測完太陽電池光電流之后， 把光束移向絕對輻射計(jì)， 這樣，就直接測出了各個(gè)波長單色光的能量。此法操作方便，缺點(diǎn)是21濾光片數(shù)量有

37、限，測量的點(diǎn)不密 4.3.3 用單色儀測量用單色儀測量， 可手動(dòng)操作也可自動(dòng)操作。 為了讓各種波長都有 相同的能量，有幾種方法。 第一種方法是改變狹縫寬度，而固定其它 因素，狹縫的寬度可手調(diào)，也可自動(dòng)調(diào)節(jié)；第二種方法是改變光源的 亮度，讓從狹縫出來的單色光能量相等；第三種是比較常用的方法， 其所有條件都固定不變，測出的光譜電流密度和光譜能量相比即可。 測量時(shí)單色儀狹縫不能太寬，否則波長誤差太大。因?yàn)镼( )j( )()式中 ()實(shí)際上是單色光在 帶寬時(shí)所具有的能量。方程式 (4-22)是微分形式，上述方程式是平均形式。如果把單色儀波長掃描的鼓輪用一定轉(zhuǎn)數(shù)的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)， 而且 把光電流密度的輸

38、出信號記錄在走紙速度與波長掃描的速度相關(guān)的 自動(dòng)電子電位計(jì)上，則可自動(dòng)畫出光譜電流密度按波長分布的曲線。 假如單色儀不是棱鏡式的，而是光柵式的，操作中，還必須注意二級 光譜的影響。由于波長范圍較寬，在 0.35m 到 1.2 m 范圍內(nèi)，如 果只用一塊光柵， 就必須一級光譜和二級光譜分段來使用。 這樣在用 一級光譜時(shí)就要用有色玻璃把二級光譜濾掉； 在用二級光譜時(shí)， 要把 一級光譜濾掉，如不同的那級光譜波長在太陽電池的光譜響應(yīng)范圍之 外，則可不必濾光。 4.3.4 光譜能量的測量目前最常用的測量能量的儀器是真空熱電堆，并采用石英窗口22真空熱電堆的特點(diǎn)是無光譜選擇性(中性) ，它的靈敏度是每單位

39、入 射能量產(chǎn)生多少熱電動(dòng)勢， 單位為 V/W。但由于被測單色光截面 積很難調(diào)節(jié)到小于熱電堆有效面積， 以及難于標(biāo)定， 所以真空熱電堆 一般都用做相對測量。 更常用而有效的方法是采用預(yù)先標(biāo)好光譜響應(yīng) 的光電池或光電二極管作參考去標(biāo)被測單色光的能量：()j s( ) Qsr( )4-25)式中，Qsr()是標(biāo)好的參考電池的光譜響應(yīng)； js( )是在被測單 色光下用參考電池測出的光譜電流密度。 4.3.5 交流測量法為了能精確的測量經(jīng)分光后成單色光的微弱能量， 和電池產(chǎn)生的 相應(yīng)于此能量的微電流， 近代采用了鎖相放大技術(shù)。 首先把光用調(diào)制 器變成一定頻率的交變光， 這個(gè)交變的單色光照到電池上， 產(chǎn)生

40、的交 變電流信號和同樣頻率調(diào)制的參考信號通過相敏放大后變成直流輸 出，方框圖見圖 4-10。由于鎖相放大能抑制各種頻率和相位的噪音， 所以測量的精度很高，而且被測電池可以不加任何屏蔽裝置。 測出的電壓信號實(shí)際上是23 并聯(lián)在電池兩端的電阻上的電壓降， 為了讓此電壓正比于電池的光譜 電流，所用的電阻不應(yīng)太大。 光譜電流密度可用函數(shù)記錄儀畫出曲線， 也可由打印機(jī)記錄。 為了能用真空熱電堆放在太陽電池處測出相對光 譜能量，調(diào)制頻率應(yīng)選擇在 820Hz 范圍。交流測量法還有一個(gè)重要特點(diǎn)， 那就是可以在已經(jīng)照射交變光的 太陽電池上再疊加任意光強(qiáng)的恒定白光起偏置作用。一個(gè)電池在太陽光照射下， 接受了陽光中

41、各個(gè)波長的能量。 對任 何一個(gè)波長的光束來說， 它在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的電子空穴對都不是在空 白的環(huán)境內(nèi)唯一存在的； 而是在除它之外其它全部波長產(chǎn)生的電子空 穴對的“海洋”里，特別是在強(qiáng)光注入的情況更是如此。當(dāng)結(jié)區(qū)存在 復(fù)合中心，在有“海洋”的情況下，它們很快被填滿，對附加的單色 光產(chǎn)生的電子空穴對不起作用；但是當(dāng)沒有“海洋”存在時(shí)，它產(chǎn)生 的部分電子空穴對就被復(fù)合掉，其結(jié)果導(dǎo)致收集效率下降。因此，為 了反映太陽電池的實(shí)際狀況， 特別是對某些類型的太陽電池例如 薄膜 CdS 太陽電池，無定形硅太陽電池和聚光太陽電池只用單 獨(dú)的單色光照射是不能反映真實(shí)工作情況的；必須根據(jù)實(shí)際工作狀 態(tài)，讓電池本身處在

42、相當(dāng)?shù)碾娮涌昭▽Α昂Ｑ蟆钡幕A(chǔ)上，測定各種 單色光的效應(yīng)。所以在測太陽電池的光譜響應(yīng)應(yīng)給電池一定的白光偏 置。在偏置光下測定太陽電池的光譜響應(yīng)的方法如圖 4-11 所示。除 了交流測量法所需的儀器之外， 還需加一套偏置光源， 這套光源的光 照應(yīng)能調(diào)節(jié)。由于太陽電池處于高光強(qiáng)下，所以它必須恒溫。244.4 太陽電池伏安曲線及串聯(lián)電阻的測量 伏安曲線是太陽電池的主要參數(shù)。它直接反映出電池輸出功率。 在一定太陽光（或模擬陽光）照射下，這曲線完全由電池的 p-n 結(jié)特 性和電阻分散參數(shù)確定。為了較全面地分析太陽電池的伏安特性， 應(yīng)測試下列項(xiàng)目： 電池 的 p-n 結(jié)特性；電池在光照狀態(tài)下的負(fù)載特性；電

43、池在不同光強(qiáng)和溫 度下的電性能以及電池的串聯(lián)電阻等。4.4.1 p-n 結(jié)特性的測量太陽電池工作在正向電壓偏置下，因此 p-n 結(jié)的正向特性就很重 要。一般測量正向結(jié)特性的方法， 是直接加正向偏置電壓到太陽電池 上，直接測量結(jié)電壓和結(jié)電流，線路示意圖如圖 4-12 所示。測試過 程中電池要恒溫并要屏蔽光。 所用的儀表要有足夠的精度和阻抗。 按 測出的電流密度值和電壓值作圖可得到結(jié)特性曲線。 從電流密度的對 數(shù)與電壓的關(guān)系曲線還可求出飽和電流密度和指數(shù)修正因子A（見圖4-13）25更直接觀測結(jié)特性的方法是用示波器， 把半波整流的交流電壓加 到電池上，取出通過電池的電流信號和加到 p-n 結(jié)上的電

44、壓信號，此 時(shí)在示波器上即可得到合成的圖形。外加偏壓直流偏壓或脈沖偏壓測量 p-n 結(jié)特性會遇到電 池串聯(lián)電阻的影響問題，當(dāng)太陽電池通過大電流時(shí)， p-n 結(jié)內(nèi)阻就變 得非常小。在這種情況下， 電池內(nèi)的串聯(lián)電阻的影響越來越大，以至 于在串聯(lián)電阻 Rs上的電壓降 Vs 接近于測出的結(jié)電壓 Vj0。在電池串 聯(lián)電阻很大的情況下，測出的伏安曲線就有很大的誤差。為了解決這個(gè)矛盾， 可以采用光電壓和光電流法。 當(dāng)太陽電池接 受從弱逐漸變強(qiáng)的光照時(shí)時(shí)， 電池在某一光強(qiáng)下的光生電壓 （開路電 壓）Voc 和光生電流密度（短路電流密度） Jsc的關(guān)系是：qVocJ sc J0 e AkT -1（4-26）sc

45、 0它和二極管的正偏壓情況是一樣的。 從太陽電池的等效電路看出， 光 照給二極管的 p-n 結(jié)施加的正向偏壓和外加電源施加的偏壓有一個(gè)重 大的區(qū)別， 那就是外加偏壓必須通過電池的串聯(lián)電阻后， 才能施加到26p-n 結(jié)上，而光生電壓則可直接加上去。因此改變光強(qiáng)測試短路電流 密度和開路電壓的關(guān)系曲線，是排除了串聯(lián)電阻的 p-n 特性曲線。由 于在高光強(qiáng)時(shí)，電池溫度上升影響 Voc 數(shù)值的準(zhǔn)確測定，所以電池要 放在恒溫器上。 4.4.2 太陽電池負(fù)載特性的測試由于太陽電池在光照時(shí)， 通過 p-n結(jié)的電流隨不同的負(fù)載而改變。 因此要想描寫這個(gè)特性， 應(yīng)當(dāng)設(shè)法把負(fù)載從零變大到無窮大。 電池兩 端的電壓和

46、通過負(fù)載的電流可用函數(shù)曲線的形式表達(dá)出來。 所畫出的 曲線如圖 4-14 所示。該圖有個(gè)缺點(diǎn)，那就是電池由于串聯(lián)一個(gè)提取 電流的取樣電阻， 使得電池不能達(dá)到短路狀態(tài)； 另外可變電阻也不可 能從零變到無窮大， 所以又達(dá)不到開路狀態(tài)， 結(jié)果是畫成的曲線不能 和電流密度軸相交，也不能與電壓軸相交。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，一般 都采用補(bǔ)償線路，示意圖見圖 4-15。為了避免導(dǎo)線電阻的影響，采用“四線”連接；電池用兩根粗線 連接，通過電流，另兩根線測電壓用。取樣電阻也同樣用四線連接。 在可變電阻兩端連接二個(gè)相同電阻 r，并且并聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償電路，構(gòu)成27橋路。當(dāng)可變電阻滑動(dòng)點(diǎn)在中間位置 （0 點(diǎn)）時(shí)，電橋平衡。因

47、為太陽電池開路時(shí)，全部光生電流都通過 p-n 結(jié)，相當(dāng)于二極管導(dǎo)通所以，如果此時(shí)把可變電阻從零點(diǎn)向 A 點(diǎn)調(diào)整，電橋平衡一經(jīng)破壞，外加電源就可給電池以正向偏置。隨著離開平衡點(diǎn) 0 的距離的增大， 正向電流也隨之增大， 并可使流過 結(jié)的電流略大于光生電流。 此時(shí)相當(dāng)于負(fù)載曲線進(jìn)入了第四象限 （見 圖 4-16）。當(dāng)可變電阻滑動(dòng)頭從 0 點(diǎn)起向 B 點(diǎn)滑動(dòng)時(shí)，和上述相反，電池 開始受外加電源反向偏置。 電池在短路狀態(tài)時(shí)光生電流全部流過外回 路， p-n 結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。在電池處于不充分截止時(shí)，結(jié)內(nèi)存在有少 量的正向電流流過， 但當(dāng)反向偏置增大到一定程度時(shí)， 反向電流增大 到和正向電流相等，即到正好

48、截止?fàn)顟B(tài)，再大則 p-n 結(jié)流過了反向電 流，使得二極管充分截止。這相當(dāng)于曲線進(jìn)入了第二象限。根據(jù)上述原理可知， 太陽電池在負(fù)載電阻由零向無窮大變化的過 程中，相當(dāng)于電池 p-n 結(jié)截止到導(dǎo)通的過程，換句話說，如果我們利 用一個(gè)外電源不用可變電阻給電池的 p-n 結(jié)施加一個(gè)由負(fù)到 正的電壓，使得 p-n 結(jié)由充分截止連續(xù)變化到超額導(dǎo)通，此時(shí)和補(bǔ)償 法效果完全一樣， 可得到在三象限的伏安曲線。 這就是電子負(fù)載的基 本原理。 4.4.3 電性能溫度系數(shù)的測試 在實(shí)際使用太陽電池時(shí)，光源的光強(qiáng)和電池的溫度，都有變化。28為了將電池的電性能統(tǒng)一到同一狀態(tài)下必須用相應(yīng)的溫度系數(shù)進(jìn)行 折算。為了獲得這些系

49、數(shù)把電池放在溫度可以控制的恒溫器上， 調(diào)節(jié) 它的光源的距離獲得不同光強(qiáng)時(shí)對電池的照射。 每固定一個(gè)光強(qiáng)， 在 溫度為 -50到+100的范圍內(nèi)，在固定的溫度間隔，測一組伏安曲 線，再改變一個(gè)光強(qiáng)同樣再測一組曲線。 這樣求得各個(gè)光強(qiáng)時(shí)電池的 電流密度或電壓與溫度函數(shù)的關(guān)系曲線。實(shí)際上不同光強(qiáng)和不同溫度范圍內(nèi)電流密度或電壓對溫度的變 化速率是不同的， 因此，真正實(shí)用的溫度系數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)測試狀態(tài)附近 測試的。如果各種電池或組件的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是 AM1.5 光譜，光強(qiáng)為 100mW/cm2,，電池溫度為 27，那么被測電池應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn) 溫度（T0）下測電池的電流密度 Jsc0 和電壓 V oc0。然后提高溫度約 10， 恒定后的電池溫度為 T1，此時(shí)測出的電流密度和電壓為 Jsc1 和 Voc1； 再把溫度提高約 10，穩(wěn)定后電池溫度為 T2，此時(shí)電