CN205986780U - 多结太阳电池特性参数测试*** - Google Patents

Abstract

多结太阳电池特性参数测试***，高准直太阳模拟器(1)连接测试暗箱(2)，测试暗箱(2)内安装有电池(3)、多通道电池测试夹具(4)、狭缝光阑移动机构(5)、温控测试台(6)和太阳电池夹具(12)，测试暗箱(2)外安装有多通道开关控制器(7)、数字源表(8)、工控机(9)、LCR精密测试仪(10)和电池片移动取放机构(11)，能够进行高效空间太阳电池C‑f、C‑V和C‑T等交流电学特性测试分析；能够进行多通道太阳电池正向、反向、并联、串联和隔离等电阻特性测试分析；能够进行多通道太阳电池电流灵敏度、灵敏度不一致度和灵敏度不均匀度等光电特测试分析。适合太阳电池研究性测量。

Description

多结太阳电池特性参数测试***

技术领域

本实用新型涉及太阳电池制造或检测设备改进技术，尤其是多结太阳电池特性参数测试***。

背景技术

应用卫星上的太阳电池，是卫星电子设备供电的关键，相关技术属于国家在航空航天技术或卫星通信应用***领域重点支持的高新技术范畴，现有技术的研究中，多结太阳电池特性参数测试***为深入研究太阳能电池提供了有效手段。

太阳电池的转换效率与制造工艺与材料息息相关，如何方便有效地测定太阳电池特性参数，这是本测试***要解决的问题。

目前，太阳电池测试***大多数只能测一些常规参数像开路电压、短路电路、填充因子、最大功率点、转换效率等。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供多结太阳电池特性参数测试***，有效解决测试电缆引入的分布参数及串联等效电阻的影响问题。

本实用新型主要用于测试高效多结太阳电池电容C-频率f、电容C-电压V、电容C-温度T等交流电学特性；多通道太阳电池电流灵敏度、灵敏度不一致度、灵敏度不均匀度等光电特性和并联、串联、隔离、正向、反向等电阻特性。

本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：高准直太阳模拟器连接测试暗箱，测试暗箱内安装有电池、多通道电池测试夹具、狭缝光阑移动机构、温控测试台和太阳电池夹具，测试暗箱外安装有多通道开关控制器、数字源表、工控机、LCR精密测试仪和电池片移动取放机构，其中，数字源表交互连接工控机，同时，数字源表连接入多通道开关控制器，多通道开关控制器连接入多通道电池测试夹具后进一步连接电池；工控机分别连接入狭缝光阑移动机构、多通道开关控制器和电池片移动取放机构，同时，工控机还与温控测试台以及LCR精密测试仪交互连接；LCR精密测试仪进一步连接入太阳电池夹具。

尤其是，高准直太阳模拟器安装在测试暗箱上方，数字源表和LCR精密测试仪码放在工控机上方，在这二组设备之间安装显示器。

尤其是，高准直太阳模拟器采用离轴准直型光学***，高准直太阳模拟器包括光源、椭球面聚光镜、光学积分器、光阑和准直物镜和反光镜，光源采用接近于太阳光谱分布的短弧氙灯模拟太阳光，短弧氙灯为高压短弧氙灯，短弧氙灯位于椭球面聚光镜的第一焦点处，光学积分器位于椭球面聚光镜的第二焦点处，光学积分器在光源一侧安装光阑，在光学积分器后方安装准直物镜，在测试暗箱顶部有入光口。准直物镜后方安装反光镜，反光镜安装在温控测试台上方。

本实用新型的优点和效果：能够进行高效空间太阳电池C-f、C-V和C-T等交流电学特性测试分析；能够进行多通道太阳电池正向、反向、并联、串联和隔离等电阻特性测试分析；能够进行多通道太阳电池电流灵敏度、灵敏度不一致度和灵敏度不均匀度等光电特测试分析。适合太阳电池研究性测量。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中***结构连接关系示意图。

图2为本实用新型实施例1中***硬件组成示意图。

图3为本实用新型实施例1高准直太阳模拟器光路原理示意图。

图4为本实用新型实施例1中高准直太阳模拟器中短弧氙灯结构图。

图5为本实用新型实施例1中高准直太阳模拟器中椭球反射镜外形结构示意图。

图6为本实用新型实施例1中高准直太阳模拟器中光学积分器沿轴剖面结构示意图。

图7为图6的轴向布局示意图

图8为本实用新型实施例1高准直太阳模拟器中准直物镜结构示意图。

图9为本实用新型实施例1中测试暗箱外形及内部结构示意图。

附图标记包括：高准直太阳模拟器1、测试暗箱2、电池3、多通道电池测试夹具4、狭缝光阑移动机构5、温控测试台6、多通道开关控制器7、反光镜106、电池片移动取放机构11和太阳电池夹具12。

具体实施方式

本实用新型原理在于，通过计算机控制LCR测试仪和控温测试平台，进行高效空间太阳电池结电容特性测试，同时，通过计算机控制数字源表、多通道开关控制器、模拟器光拦、测试平台和夹具进行多通道电池的光电和电阻特性测试，除了可进行太阳电池基本特性参数的测量，还可进行其他太阳电池特性参数的研究性测量。

本实用新型中，在测试过程中需要配合使用测试软件。

本实用新型包括：高准直太阳模拟器1、测试暗箱2、电池3、多通道电池测试夹具4、狭缝光阑移动机构5、温控测试台6、多通道开关控制器7、数字源表8、工控机9、LCR精密测试仪10、电池片移动取放机构11、太阳电池夹具12、待测太阳电池13、显示器14。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如附图1和2所示，高准直太阳模拟器1连接测试暗箱2，测试暗箱2内安装有电池3、多通道电池测试夹具4、狭缝光阑移动机构5、温控测试台6和太阳电池夹具12，测试暗箱2外安装有多通道开关控制器7、数字源表8、工控机9、LCR精密测试仪10和电池片移动取放机构11，其中，数字源表8交互连接工控机9，同时，数字源表8连接入多通道开关控制器7，多通道开关控制器7连接入多通道电池测试夹具4后进一步连接电池3；工控机9分别连接入狭缝光阑移动机构5、多通道开关控制器7和电池片移动取放机构11，同时，工控机9还与温控测试台6以及LCR精密测试仪10交互连接；LCR精密测试仪10进一步连接入太阳电池夹具12。太阳电池夹具12上安装待测太阳电池13。

前述中，如附图2所示，高准直太阳模拟器1安装在测试暗箱2上方，数字源表8和LCR精密测试仪10码放在工控机9上方，在这二组设备之间安装显示器14，以上设备安置于工作台上。

前述中，如附图3所示，高准直太阳模拟器1采用离轴准直型光学***，高准直太阳模拟器1包括光源、椭球面聚光镜101、光学积分器103、光阑104和准直物镜105和反光镜106，光源采用接近于太阳光谱分布的短弧氙灯102模拟太阳光，短弧氙灯102为高压短弧氙灯，短弧氙灯102位于椭球面聚光镜101的第一焦点处，光学积分器103位于椭球面聚光镜101的第二焦点处，光学积分器103在光源一侧安装光阑104，在光学积分器103后方安装准直物镜105，在准直物镜105后方安装反光镜106，反光镜106安装在温控测试台6上方。

如附图4示，短弧氙灯102结构包括，石英玻璃泡1024中部对置安装阳极1023和阴极1025，其中阳极通过钼箔1022连接灯头1021。

如附图5示，椭球面聚光镜101工作原理包括，短弧氙灯102作为光源安置在椭球面聚光镜101的第一焦点处，在椭球面聚光镜101的第二焦点处安置场镜1031，场镜1031安装在光学积分器103前侧，在光学积分器103后侧安装光阑104。

如附图6和7所示，光学积分器103选择对称式光学积分球，包括相对平行固定二平行的平面玻璃板1032的二外侧面分别安装场镜1031和投影镜1033，在场镜1031和投影镜1033中包括若干相互以边缘紧密连接正多边形的元素透镜1034。

如附图8所示，准直物镜105由正透镜1051和负透镜1052凸凹曲面贴合构成，其中，正透镜1051为凸透镜，负透镜1052为凹透镜。

如附图9所示，测试暗箱2顶部有入光口201。测试暗箱2内底部安装温控测试台6。

在本实施例中，短弧氙灯102的结构具有轴对称性，所以采用包容角很大的椭球面聚光镜101可得到较高的聚光效率。短弧氙灯102发出的光经椭球面聚光镜101会聚再反射，在椭球面聚光镜101第二焦面上的光学积分器103前的场镜1031的通光口径内形成一个达到要求的照度分布，在光学积分器103表面形成对称分布的高斯型辐照；然后光学积分器103的各元素透镜将会对这个度分布对称分割再叠加，经过光学积分器103前后两组透镜阵列分割和叠加，高斯型辐照被处理成为均匀光束，然后透过滤光片，光谱辐照分布得到修正，更接近自然阳光；修正光谱后的均匀光束经过离轴抛物反射镜准直后变为准直均匀光束出射。出射光会在准直物镜105焦面上的光阑104所在位置形成一个辐照度分布均匀的辐照面，这个均匀面再经过准直物镜105准直以后平行地投射到***的反光镜106上。继而，反光镜106将这个辐照均匀面经过90°向下反射到温控测试台6上方。

在本实施例中，高准直太阳模拟器1出射的光束应该是平行的、均匀的光束，而从短弧氙灯发出的光能光场分布很不均匀，即使经过椭球聚光镜将氙灯光源离焦后，得到第二焦面的辐照分布也只是平缓了一些，与辐照面辐照均匀性指标相差甚远，因此，需要在椭球聚光镜第二焦点上安装光学积分球，将椭球聚光镜汇聚的光束进行均匀化处理。由于，高准直太阳模拟器1出射光束直径大于200mm，准直视场为32′±2′，因此，准直***结构选型为透射式光学结构，采用F#5光学参数，准直物镜的焦距为1000mm。透射式准直物镜中心区域没有遮拦，这样可以提高光能利用率，也可以使***出射较高均匀性的光能分布。根据初步确定的光学参数，准直物镜的线视场为±4.651mm，因此在对准直物镜进行光学设计时我们对准直物镜的球差、慧差以及位置色差进行校正。准直物镜选用的是一套由正负透镜组成的双分离结构形式，这样就可以有效地校正以上提到的3种主要像差，提高输出光束的均匀性和准直精度。正负透镜分别选用H-BAK1和ZF2两种玻璃制作，其结构如图7示。准直物镜视场光阑安装在光学积分球投影镜外，视场光阑的大小主要决定了模拟光源子***的准直视场，由于***在工作时光学积分球的温度很高，为了防止光阑因为高温而变形，因此，视场光阑选用低膨胀系数的4J36材料。在高准直太阳模拟器1光学***设计中聚光***的作用就是要充分地汇聚光源发出的辐射通量，使反射光能够在光学积分器入射端场镜组的通光口径内形成一定的照度分布，这个照度分布是否平滑将会影响到***的辐照均匀性以及辐照强度这两个太阳模拟器的关键指标。因此聚光镜的设计是十分重要的。评价聚光镜设计好坏的标准是在光学积分器入射端通光口径内的辐照度分布梯度平缓的前提下，聚光镜的聚光效率和光学积分器口径利用率要尽可能的高一点。聚光效率指的是聚光镜汇聚到第二焦面上所形成的辐射通量占光源发出总的辐射通量的比值。光学积分器口径利用率是指光学积分器入射面通光口径内接收到的来自聚光镜汇聚的辐射通量占聚光镜汇聚到该平面内总的辐射通量的比值。这两项指标的大小将决定最终传输到***辐照面能量的多少，影响***的辐照强度。光学积分器入射端场镜通光口径内的辐照度分布梯度应尽量小一些，使***可以在少数光学通道的条件下，获得理想的辐照均匀性。聚光镜的设计就是要选择合理的光学参数，尽量提高聚光效率和积分器的口径利用率，使光学积分器入射端场镜通光口径的照度分布尽量平缓。

在本实施例中，LCR精密测试仪10能准确并稳定地测定各种各样的元件参数，主要是用来测试电感、电容、电阻的测试仪。它具有功能直接、操作简便等特点，能以较低的预算来满足生产线质量保证、进货检验、电子维修业对器件的测试要求。

在本实施例中，控温测试台6实现在测试光照条件下实现太阳电池片的高精度控温。控温测试台主要由测试基台、温控单元组成。温控单元由温度传感器、温度控制器和半导体制冷片组成。其中，温度控制器是专门为驱动半导体热电制冷片而设计的高性能风冷温度控制***，其特点是高精度和高稳定度。输出负载为半导体热电制冷片。具有PID控制软件、智能无级控温、多路的半导体制冷控制输出、既可加热又可制冷。控温测试台6采用现代最新电力电子器件和高速微处理器(MPU)程序控制技术，以及PWM调制、双向电源、PID调节技术，具有优良的电压、电流输出特性，开关机时无过冲、反冲、浪涌现象，并带有过流、过压、过温、欠温等保护电路，以及RS232远程控制接口。温度传感器采用PT铂电阻，具有良好的线性与稳定性。控温测试台6是利用帕尔帖效应原理工作的，具有高精度、长寿命、体积小、无噪声、无磨损、无振动、无污染、既可制冷又可加热等优点。

在本实施例中，多通道电池测试夹具4可与多通道电池电极连接，通过专用电缆与多通道切换器相连。与真空吸附装置结合可有效吸附电池片，平台上有定位台阶。

在本实施例中，测试暗箱2提供无杂散光的测试环境，内部有LED的辅助照明，铝合金材质结构，内侧面阳极化亚光发黑，确保长时间工作不掉色。

在本实施例中，在对太阳电池结电容的测量时，克服测试电缆引入的分布参数及串联等效电阻的影响，有助于太阳电池的研究工作。

在本实施例中，高准直太阳模拟器1模拟出太阳电池所需的光照环境，其光谱特性接近太阳光。为了在无光环境下测试太阳电池，测试暗箱2可封闭环境光。数字源表8提供测量所需的电压源和电流源，同时又可作电流和电压的测量设备。多通道电池测量时需不同通道间的切换，多通道开关控制器7能很好地完成此工作。狭缝光阑移动机构5配合多通道太阳电池灵敏度不均匀度的测量，不同光照位置时多通道太阳电池输出电流的测量，狭缝光阑需停留到相应位置。控温测试台6提供太阳电池的温度测试条件，采用半导体温控，温度测量元件为PT100。

在本实施例中，高准直太阳模拟器1中椭球面聚光镜101选定聚光镜面形为椭球面，用铝合金制作。高准直太阳模拟器1具有发光亮度高、照度均匀、工作状态稳定、功率可调、寿命时间长等特性，而且光谱分布应接近太阳光谱分布。故光源子***光源选用氙灯做光源，氙灯作为太阳模拟器的光源主要有以下优点：

(1)光谱的能量分布中连续光谱很强，和太阳光十分接近，适合进行模拟性实验；

(2)氙灯电流和氙气压力在大范围内变化时，它的光谱能量分布基本保持不变；

(3)灯的光、电参数一致性非常好，光照强度分布均匀，能保证辐照面获得均匀的辐射强度；

(4)氙灯点燃几秒后就可以辐射80％以上的光能量，数十秒后达到稳定的峰值光能量；氙灯熄灭以后，可以马上再点燃。

(5)启动装置简单，使用寿命很长(达到1000小时以上)。

此外，本实用新型实施例中，关键部件的所能达到的技术要求包括：

1)高准直太阳模拟器1：

光谱分布：AM0；

光谱失配度达到B级标准；

光强可调范围：0.01sun-0.2sun(1sun＝1367W/m2)；

辐照不均匀度：优于±1.0％(对应有效光斑尺寸不小于6.0cm×6.0cm)；

优于±2.0％(对应有效光斑尺寸不小于12.0cm×12.0cm)；

辐照不稳定度：优于±1.0％/2h；

光束准直度：32′±2′。

2)控温测试台6：

控温方式：半导体控温，程控调节；

温控范围：5～60℃，稳定性±0.2℃；

测试基台：≥12cm×12cm，镀金紫铜，具备真空吸附功能；

测试探针(结电容)：LCR精密测试仪生产厂商专用测试探针；

温度传感器：监控测试台面控温，测量精度优于±0.2℃。

3)LCR精密测试仪10：

测试频率：100Hz～10MHz；

电容测试范围：0.1nF～100uF；

直流偏置电压范围0～40V；

交流测试电压范围0～20V。

4)数字源表8：

电压测试范围：±10V；

电流测试范围：±1.0A；

电流测试精度优于1nA；

电压测试精度优于10uV。

5)多通道电池测试夹具4：

模块化设计，平台具备定位和真空吸附能力；

测试探针匹配4通道、8通道和14通道太阳电池，类型包括单片、叠层和模块。

6)多通道开关控制器7：程控切换，同时，满足不低于14通道太阳电池电阻和光电特性测试通道切换要求。

Claims (4)

1.多结太阳电池特性参数测试***，其特征在于，高准直太阳模拟器(1)连接测试暗箱(2)，测试暗箱(2)内安装有电池(3)、多通道电池测试夹具(4)、狭缝光阑移动机构(5)、温控测试台(6)和太阳电池夹具(12)，测试暗箱(2)外安装有多通道开关控制器(7)、数字源表(8)、工控机(9)、LCR精密测试仪(10)和电池片移动取放机构(11)，其中，数字源表(8)交互连接工控机(9)，同时，数字源表(8)连接入多通道开关控制器(7)，多通道开关控制器(7)连接入多通道电池测试夹具(4)后进一步连接电池(3)；工控机(9)分别连接入狭缝光阑移动机构(5)、多通道开关控制器(7)和电池片移动取放机构(11)，同时，工控机(9)还与温控测试台(6)以及LCR精密测试仪(10)交互连接；LCR精密测试仪(10)进一步连接入太阳电池夹具(12)。

2.如权利要求1所述的多结太阳电池特性参数测试***，其特征在于，高准直太阳模拟器(1)安装在测试暗箱(2)上方，数字源表(8)和LCR精密测试仪(10)码放在工控机(9)上方，在这二组设备之间安装显示器(14)。

3.如权利要求1所述的多结太阳电池特性参数测试***，其特征在于，高准直太阳模拟器(1)采用离轴准直型光学***，高准直太阳模拟器(1)包括光源、椭球面聚光镜(101)、光学积分器(103)、光阑(104)和准直物镜(105)和反光镜(106)，光源采用接近于太阳光谱分布的短弧氙灯(102)模拟太阳光，短弧氙灯(102)为高压短弧氙灯，短弧氙灯(102)位于椭球面聚光镜(101)的第一焦点处，光学积分器(103)位于椭球面聚光镜(101)的第二焦点处，光学积分器(103)在光源一侧安装光阑(104)，在光学积分器(103)后方安装准直物镜(105)，在准直物镜(105)后方安装反光镜(106)，反光镜(106)安装在温控测试台(6)上方。

4.如权利要求1所述的多结太阳电池特性参数测试***，其特征在于，测试暗箱(2)顶部有入光口(201)。