阅读说明：本技术 一种用于光伏电池器件的动力学测试装置及测试方法 (Dynamics testing device and method for photovoltaic cell device ) 是由 于嫚 张群兵 赵肖娟 曹凤香 于 2019-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于光伏电池器件的动力学测试装置,包括电池夹具、稳态光源、瞬态脉冲光源、示波器以及变阻器；电池夹具用于固定待测光伏电池器件；稳态光源用于发出稳态光以辐照待测光伏电池器件,使待测光伏电池器件内部产生稳态光电压信号；瞬态脉冲光源用于发出瞬态脉冲光以辐照待测光伏电池器件,使待测光伏电池器件内部产生瞬态光电压信号；示波器用于实时采集稳态光电压变化信号和瞬态光电压变化信号；变阻器以并联方式设置在待测光伏电池器件的正负极两端进行电阻调控,以改变待测光伏电池器件的不同负载条件。本发明能够实现太阳能光伏器件在真实工作状态下的动力学测试,以便于进行器件在真实工作状态下的动力学研究。(The invention discloses a dynamics testing device for a photovoltaic cell device, which comprises a cell clamp, a steady-state light source, a transient pulse light source, an oscilloscope and a rheostat, wherein the cell clamp is used for clamping a photovoltaic cell; the battery clamp is used for fixing the photovoltaic battery device to be tested; the steady-state light source is used for emitting steady-state light to irradiate the photovoltaic cell device to be detected so as to generate a steady-state photovoltage signal inside the photovoltaic cell device to be detected; the transient pulse light source is used for emitting transient pulse light to irradiate the photovoltaic cell device to be detected so as to generate a transient photovoltage signal inside the photovoltaic cell device to be detected; the oscilloscope is used for acquiring a steady-state photovoltaic voltage change signal and a transient photovoltaic voltage change signal in real time; the rheostat is arranged at the two ends of the anode and the cathode of the photovoltaic cell device to be tested in a parallel mode to regulate and control the resistance so as to change different load conditions of the photovoltaic cell device to be tested. The invention can realize the dynamic test of the solar photovoltaic device in the real working state, so as to facilitate the dynamic research of the device in the real working state.)

一种用于光伏电池器件的动力学测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及光伏电池器件技术领域，具体涉及一种用于光伏电池器件的动力学测试装置及测试方法。

背景技术

目前，实验中经常采用瞬态光电压、光电流实验来获得在两个极端条件下(即开路、短路条件下)器件内的载流子动力学，这两种极端条件，要么输出电流为零(开路)，要么输出电压(短路)为零，器件整体对外是不输出功率的。太阳能电池作为产业应用中的一项重要器件，其应用时器件对外是有功率输出的，而研究太阳能电池的最终目的是为了更好的在产业上应用，而器件在真实工作状态下的动力学研究是未知的，而未知的情况下就不能更好的为器件的工艺制备和设计提供任何科学依据。因此，有必要针对太阳能电池这一光伏电池器件在真实工作状态下的动力学研究提供一种测试手段是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不能在光伏电池器件真实工作状态下进行动力学研究的问题，提供一种用于光伏电池器件的动力学测试装置及测试方法。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种用于光伏电池器件的动力学测试装置，包括电池夹具、稳态光源、瞬态脉冲光源、示波器以及变阻器；

所述电池夹具用于固定待测光伏电池器件；

所述稳态光源用于发出稳态光以辐照待测光伏电池器件，使待测光伏电池器件内部产生稳态光电压信号；

所述瞬态脉冲光源用于发出瞬态脉冲光以辐照待测光伏电池器件，使待测光伏电池器件内部产生瞬态光电压信号，其中，瞬态脉冲光的光斑和稳态光的光斑能够于待测光伏电池器件处重合；

所述示波器用于实时采集稳态光电压变化信号和瞬态光电压变化信号，所述示波器与电池夹具上固定的待测光伏电池器件之间构成电压测试回路；

所述变阻器以并联方式设置在待测光伏电池器件的正负极两端进行电阻调控，以改变待测光伏电池器件的不同负载条件。

进一步的，所述稳态光源包括稳压/或恒流电源以及LED灯，所述LED灯电连接稳压/或恒流电源。

进一步的，所述瞬态脉冲光源包括激光器和脉冲发生器，所述激光器和脉冲发生器电连接，所述脉冲发生器用于控制脉冲光的脉宽，以使激光器发出不同脉宽的脉冲光；所述脉冲发生器为DG535四通道数字延时脉冲发生器。

本发明还提供了一种用于光伏电池器件的动力学测试方法，采用上述的一种用于光伏电池器件的动力学测试装置对待测的光伏电池器件进行动力学测试，包括如下步骤：

步骤1、将待测光伏电池器件固定设置在光伏电池夹具上，控制稳压/或恒流电源输出电压/或电流点亮LED灯，调节稳态光源和瞬态脉冲光源的光路使得稳态光的光斑与瞬态脉冲光的光斑于待测光伏电池器件上重合，并将待测光伏电池器件正负极与示波器相应连接；

步骤2、调节LED灯光强，使一定强度的稳态光辐照在光伏电池器件上，电池在开路条件下产生光电压V_ph，通过示波器记录光电压的大小，打开脉冲光，此时会在稳态光电压的基础上产生微扰电压

通过衰减片控制，使

通过示波器记录在此光强下开路状态时的电压衰减信号；

步骤3、记录完这个数据后，点击示波器上的Stop按钮，同时用挡光板挡住脉冲光，将变阻箱与电池器件并联，直接通过电线并联接入电池的两端，接入电路；

步骤4、保持稳态光光强不变，调节变阻箱阻值，使稳态电压以50mv逐渐降低，通过示波器记录加不同负载时的工作电压动力学衰减信号。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明实现了太阳能光伏器件在真实工作状态下(有功率输出)的动力学测试，原位同步获取了光伏器件在工作状态下的对外输出功率和载流子衰减动力结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种用于光伏电池器件的动力学测试装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供一种用于光伏电池器件的动力学测试装置，包括电池夹具1、稳态光源2、瞬态脉冲光源、示波器3以及变阻器4；

电池夹具1用于固定待测光伏电池器件；

稳态光源2用于发出稳态光以辐照待测光伏电池器件，使待测光伏电池器件内部产生稳态光电压信号；

瞬态脉冲光源用于发出瞬态脉冲光以辐照待测光伏电池器件，使待测光伏电池器件内部产生瞬态光电压信号，其中，瞬态脉冲光的光斑和稳态光的光斑能够于待测光伏电池器件处重合；

示波器3用于实时采集稳态光电压变化信号和瞬态光电压变化信号，示波器与电池夹具上固定的待测光伏电池器件之间构成电压测试回路；

变阻器4以并联方式设置在待测光伏电池器件的正负极两端进行电阻调控，以改变待测光伏电池器件的不同负载条件。

在本发明实施例中，稳态光源2包括稳压/或恒流电源21以及LED灯22，LED灯电连接稳压/或恒流电源。

瞬态脉冲光源包括激光器5和脉冲发生器6，激光器5和脉冲发生器6电连接，脉冲发生器6用于控制脉冲光的脉宽，以使激光器5发出不同脉宽的脉冲光；脉冲发生器6为DG535四通道数字延时脉冲发生器。

本发明实施例提供的一种用于光伏电池器件的动力学测试方法，包括如下步骤：

步骤1、将待测光伏电池器件固定设置在光伏电池夹具上，控制稳压/或恒流电源输出电压/或电流点亮LED灯，调节稳态光源和瞬态脉冲光源的光路使得稳态光的光斑与瞬态脉冲光的光斑于待测光伏电池器件上重合，并将待测光伏电池器件正负极与瞬态信号采集记录的示波器(1MΩ)相应连接；

步骤2、调节LED灯光强，使一定强度的稳态光(光强I＝100Mw/cm²)辐照在光伏电池器件上，光伏电池器件在开路条件下产生光电压V_ph，通过示波器记录光电压的大小，打开脉冲光，此时会在稳态光电压的基础上产生微扰电压

通过衰减片控制，使通过示波器记录在此光强下开路状态时的电压衰减信号；根据动力学近似理论，可以认为是这个稳态光电压的衰减动力学，这样就能获得这个稳态电压的衰减动力学。这个衰减动力学过程就是通过示波器显示和记录的。

步骤3、记录完这个数据后，点击示波器上的Stop按钮，同时用挡光板挡住脉冲光，将变阻箱与电池器件并联，直接通过电线并联接入电池器件的两端，接入电路；

步骤4、保持稳态光光强不变，调节变阻箱阻值，使稳态电压以50mv逐渐降低，通过示波器记录加不同负载时的工作电压动力学衰减信号。因为本发明中使用示波器记录数据，示波器的电阻(1MΩ)不能忽略，所以后面数据计算时，等效处理是相当于电池器件，两个电阻的并联电阻(对示波器的电阻和变阻箱调控的电阻)进行功率输出，也就是后面算功率输出的原理。

步骤5、调节变阻箱电阻的大小，测得电池器件此时对外输出电压V1,打开脉冲光，重复步骤2中光电衰减的测试方法，获得器件在一定稳态光光强(光强I＝100Mw/cm²)不同对外输出条件下的衰减动力学，这样电池器件在一个光强下的数据就测完了。

步骤6、调控稳态光光强的大小，测得电池在不同光强下的功率输出及动力学过程。

举例来说，对某一光伏电池样品，开路条件下，LED光强为80mW/cm²时电池开路电压为740mV，实验中首先记录此开路条件下的光电压衰减信号；之后保持此光强不变，调节变阻器阻值，使示波器上稳态电压分别达到700mV，650mV，600mV直到50mV，分别记录每个工作电压时变阻器的阻值和这些不同工作电压衰减动力学结果；最后，再记录短路条件下的光电流衰减信号，即完成此光强下电池从开路到短路的完整动力学变化。之后调节LED光强使电池达到另一开路电压，以相同方法再次测量从开路到短路的衰减信号。所得的电压衰减曲线通过指数拟合即可得到相应的动力学时间常数。通过等效电路只考虑不加脉冲光时，工作电压和电阻的关系，根据欧姆定律可以算出此状态下的输出功率。根据欧姆定律，可以计算出外电路的等效电阻为R_E＝Rr/(R+r)，其中R为数字示波器的输入阻抗(1MΩ)，r为可变电阻。根据从等效电路获得的电压和电阻，电流密度可由J＝V_work/SR_E确定，其中S是LED光斑的有效面积(2mm×2mm)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。