CN107204742A - 一种基于led阵列光源的硅太阳电池光衰装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置。本发明涉及硅太阳电池的光衰装置，具体涉及一种基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰炉。在晶体硅的制作过程中，无法避免引入少量杂质，如Fei +、Cri +；N型掺杂的硅中存在P+；P型掺杂的硅中存在B-或者Ga-；甚至掺硼P型硅中，经过光照生成的B-O+复合体等。这些杂质或者缺陷均会严重影响太阳电池的性能。这种由于光照非平衡载流子注入产生的缺陷对载流子进行复合而引起太阳电池效率下降的现象称为光致衰减。为了测试批次硅电池的光衰特性，在光伏电池和组件的产线上都会抽检电池片或者组件，以此为依据确定电池片或者组件的光衰数据提供给用户。目前业界使用的光衰装置都是以氙灯为光源。相对于LED光源，氙灯能耗大、寿命短、维护成本高、光强不可调、辐照均匀性差。
Description
技术领域
本发明涉及硅太阳电池的光衰装置，具体涉及一种基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰炉。
背景技术
在晶体硅的制作过程中，无法避免引入少量杂质，如Fei +、Cri +；N型掺杂的硅中存在P+；P型掺杂的硅中存在B-或者Ga-；甚至掺硼P型硅中，经过光照生成的B-O+复合体等。这些杂质或者缺陷均会严重影响太阳电池的性能。这种由于光照非平衡载流子注入产生的缺陷对载流子进行复合而引起太阳电池效率下降的现象称为光致衰减。为了测试批次硅电池的光衰特性，在光伏电池和组件的产线上都会抽检电池片或者组件，以此为依据确定电池片或者组件的光衰数据提供给用户。目前业界使用的光衰装置都是以氙灯为光源。相对于LED光源，氙灯能耗大、寿命短、维护成本高、光强不可调、辐照均匀性差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置。
本发明的有益技术效果是：
由于当硅电池或者组件暴露在一定强度的光照下就会产生光衰现象，因此在产业界就需要掌握批次硅电池片或者组件的光衰特性，以便将光衰特性告知用户。目前业界采用的是使用氙灯（1个标准太阳，AM1.5G）对电池片进行照射，所需时间约为5个小时。本发明通过LED阵列光源在404nm或者940nm或者多个波段的组合，产生最高不低于十个标准太阳辐照光子流密度（所述标准太阳辐照光子流密度为满足AM1.5条件），由于光强可以从0-15个太阳可调，强度远远大于现有技术，因此所需时间只要几分钟。大大提高生产效率。
相对于氙灯光源，本发明以固态发光器件LED为光源，更加稳定、廉价、长寿命，波段选择灵活，辐照强度可调，降低了装备制造成本和维护成本。
本发明采用了高效率且廉价的散热方式对LED光源进行散热，使得所产生的热量能在很短的时间内迅速散掉，以保证整个装置的可靠运行。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是LED阵列的示意图。
图3是光路汇聚***中的光路图。
图4是水冷***的示意图。
图5是风冷***的示意图。
图6是LED阵列的驱动电源的电路结构图。
具体实施方式
图1是本发明的结构示意图。本发明包括用于放置硅太阳电池的检测台。还包括：
一个LED光源***，包括用于发出光线的LED阵列；LED阵列所发出的光线波长为404nm、940nm或者其他的波长或者几种波长的组合；
一个光学汇聚***，设置在LED阵列的发光光路上，将LED阵列发出的光线汇聚到检测台上的检测区域；
一个控制器，用以修改整个装置的温度和湿度等参数值，同时可以控制LED阵列所发光线的辐照强度的补偿值，并且对所检测到的硅太阳电池的钝化与缺陷等参数数据进行分析运算。控制器上还连接有键盘和液晶显示屏。键盘用于输入指令，通过操作键盘，可通过改变LED阵列中LED灯珠的驱动电流或者电压来改变光强。并且通过操作键盘，可以控制整个装置的工作状态，实现装置的开关或检测结果输出的控制。在对检测到的数据进行分析运算后，可将结果送至液晶显示器上显示。
本发明还包括水冷***和风冷***，起到为LED光源***散热的作用。
图2是LED阵列示意图。LED阵列包括多个LED灯珠，LED灯珠间隔紧凑的排列，排列位置均匀且相邻的LED灯珠间隔距离相等。当用一种以上的发光波段的LED灯珠组成LED阵列时，不同发光波段的LED灯珠排列位置对称，以便在检测区域，即辐射面上，达到各发光波段强度均匀一致的辐照。在本实施例中，具有6种发光波段的LED灯珠，相同标号的LED灯珠代表其具有相同的发光波段。6种发光波段的LED灯珠如图2所示呈中心对称排列。
LED阵列还需满足的条件是，LED阵列到达检测台的光的最高光子流密度为不低于十倍的标准太阳条件。所述标准太阳条件为光子流密度满足AM1.5条件。
图3是光路汇聚***的光路图。光学汇聚***包括多个透镜和反射***；LED阵列包括多个LED灯珠，透镜一一对应安装在LED灯珠前端。LED阵列所发光线穿过透镜照射到检测台上的检测区域。反射***包括围绕检测台四周设置的、反射面向内的反射镜，用以将LED阵列所发出的大角度光线反射到检测台上的检测区域。
由于LED发光的方向性较传统气体光源好很多，发光角度较小，因此为了达到在辐照面上的均与辐照，还需要加入扩散玻璃，如图3所示，扩散玻璃安装于LED阵列和检测台之间，以便将定向的光线打散。
图4是水冷***的示意图。水冷***包括第一制冷机、水槽、水泵和散热板。散热板安装在LED阵列的上表面。第一制冷机的出水口连接水槽，对水槽中的散热用水制冷降温，水泵将水槽中的散热用水压入散热板的入水口，散热板的出水口连接制冷机的入水口，散热用水带走LED阵列的热量并流回制冷机。
图5是风冷***的示意图。风冷***包括第二制冷机和风机。风机将第二制冷机制造的冷空气吹向LED阵列下表面以便快速将LED阵列工作所散发的热量从LED阵列下侧迅速带离。
图6是LED阵列的驱动电源的示意图。驱动电源包括分压电路、降压型直流电源变换芯片IC1、运算放大器IC2、肖特基二极管D2和滤波线圈L1。
降压型直流电源变换芯片IC1的型号为XL4005。
分压电路包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2，此串联电路的一端连接电压源V尺寸，另一端接地。第一电阻R1和第二电阻R2的公共端为电压输出端，电压输出端连接运算放大器IC2的反相输入端。在本实施例中，第一电阻R1阻止为20kΩ，第二电阻R2的阻止为1kΩ。
运算放大器IC2的输出端连接降压型直流电源变换芯片IC1的第二端口FB，运算放大器IC2的正电源端连接降压型直流电源变换芯片IC1的第五端口VIN，运算放大器IC2的负电源端接地。
肖特基二极管D2的正极接地，负极连接降压型直流电源变换芯片IC1的第三端口SW。降压型直流电源变换芯片IC1的第一端口GN接地。在本实施例中，肖特基二极管D2的型号为SK54。
滤波线圈L1的第一端连接降压型直流电源变换芯片IC1的第三端口SW，第二端为为驱动电路的正输出端，运算放大器IC2的同相输入端作为驱动电路的负输出端。在本实施例中，滤波线圈L1的型号为47μH/5A。
驱动电路还包括多个辅助用的电容，起到滤波、稳压的作用。第一电容C1和第三电容C3并联，此并联电路一端连接在降压型直流电源变换芯片IC1的第五端口VIN，另一端接地。第二电容C2和第四电容C4并联，此并联电路一端连接驱动电路的正输出端，另一端接地。第五电容两端分别连接在运算放大器IC2的输出端和运算放大器IC2的反相输入端，形成一个反馈回路，使得电路***更加稳定。在本实施例中，第一电容C1为150μF，第三电容C3为470μF，第二电容C1为150μF，第四电容C3为470μF，第五电容为0.1μF。
多个LED灯珠串联为LED灯珠串；多个LED灯珠串并联在驱动电路的正输出端和负输出端之间。在本实施例中，每个驱动电路中接入2路并联的LED灯珠串。每路LED灯珠串由11个LED灯珠串联而成。
本发明可进行光强校正，对到达检测台上的检测区域的光强进行调节，以达到所需的辐照强度。调节光强的方法就是在LED光源***中设置多组驱动电源，每组驱动电源可对被其所驱动的LED灯珠进行单独控制，则通过调整各个驱动电源的输出电压，改变LED灯珠的电流值，从而使光强达到所需的辐照强度。
实际使用过程中，要将被钝化的太阳能电池或者太阳电池组件放在检测台上，LED阵列发出的光照射到太阳电池上，太阳电池被钝化，同时控制器上所连接的液晶显示器上会显示太阳电池的各种参数值。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内
。
Claims (10)
1.一种基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，包括用于放置硅太阳电池的检测台，其特征在于，还包括：
一个LED光源***，包括用于发出光线的LED阵列；一个光学汇聚***，设置所述LED阵列的发光光路上，将LED阵列发出的光线汇聚到硅片承载台上的辐照区域；
一个控制器，用以修改LED阵列所发光线的参数。
2.根据权利要求1所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：所述光学汇聚***包括多个透镜和反射***；LED阵列包括多个LED灯珠，所述透镜一一对应安装在LED灯珠前端；LED阵列所发光线穿过透镜照射到硅片承载台上的辐照区域；所述反射***包括围绕承载台四周设置的、反射面向内的反射镜。
3. 根据权利要求2所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：还包括扩散玻璃，所述扩散玻璃安装于LED阵列和承载台之间。
4. 根据权利要求1所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：所述LED阵列到达硅片承载台的光的最高辐照强度从为不低于十倍的标准太阳条件且到达承载台的光的辐照强度均匀一致；所述标准太阳条件为光子流密度满足AM1.5；当用一种以上发光波段的LED灯珠组成LED阵列时，不同发光波段的LED灯珠对称排列；光强可调。
5. 根据权利要求1所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：所述LED光源***还包括光强校正***，对到达承载台上的辐照区域的光强进行调节，以达到所需的辐照强度。
6. 根据权利要求1所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：所述控制器包括连接在控制器上的键盘和液晶或数码显示器。
7. 根据权利要求1所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：还包括散热装置，所述散热装置包括水冷***和风冷***；所述水冷***包括第一制冷机、水槽、水泵和散热板；所述散热板安装在LED阵列的上表面；所述第一制冷机的出水口连接水槽，对水槽中的散热用水制冷降温；所述水泵将水槽中的散热用水压入散热板的入水口；所述散热板的吹水口连接制冷机的入水口，散热用水带走LED阵列的热量并流回制冷机；所述风冷***包括第二制冷机和风机；所述风机将第二制冷机制造的冷空气吹向LED阵列的下表面。
8. 根据权利要求1所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：所述LED光源***还包括驱动电源；所述驱动电源包括分压电路、降压型直流电源变换芯片（IC1）、运算放大器（IC2）、肖特基二极管（D2）和滤波线圈（L1）；所述降压型直流电源变换芯片（IC1）的型号为XL4005；所述分压电路的电压输出端连接运算放大器（IC2）的反相输入端；运算放大器（IC2）的输出端连接降压型直流电源变换芯片（IC1）的第二端口（FB），所述运算放大器（IC2）的正电源端连接降压型直流电源变换芯片（IC1）的第五端口（VIN），运算放大器（IC2）的负电源端接地；肖特基二极管（D2）的正极接地，负极连接降压型直流电源变换芯片（IC1）的第三端口（SW）；降压型直流电源变换芯片（IC1）的第一端口（GN）接地；所述滤波线圈（L1）的第一端连接降压型直流电源变换芯片（IC1）的第三端口（SW），第二端为为驱动电路的正输出端，运算放大器（IC2）的同相输入端作为驱动电路的负输出端；
多个LED灯珠串联为LED灯珠串；多个LED灯珠串并联在驱动电路的正输出端和负输出端之间。
9. 根据权利要求8所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：包括多组驱动电源，每组驱动电源可调控其输出电流，进而调节连接在其上的LED灯珠串的发光强度。
10. 根据权利要求1所述的基于LED阵列光源的硅太阳电池光衰装置，其特征是：还包括恒温***，连接在承载台上，用以保持太阳电池片的温度恒定。
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