光伏电池组件太阳模拟器AM1.5滤光片的研究

通过将标准大气光谱与大功率圆弧形氙灯光谱的比较,获得了AM1.5型太阳能模拟器滤光片的透射率光谱曲线。通过膜系设计和镀制,研制出了中心波长为930 nm的负滤光片,该滤光片在930 nm处的透射率T=15%,400～750 nm波段内的平均透射率Ta≥93%,1200～1400 nm内平均透射率Ta≥91%。将6片相同的滤光片安装在测试面为1 200 mm×2 000 mm的脉冲式光伏组件太阳模拟器上进行测试,在氙灯的正上方,其光谱匹配度在0.91~1.05之间,达到了A类滤光片要求;而在离圆弧氙灯最远的位置2处,测试的光谱匹配度在0.73~1.06之间,达不到A类滤光片要求。最后,通过采用滤光片的优化组合拼接技术,使光伏电池组件模拟器测试面上所有点的光谱匹配度均达到了A类要求。

A级太阳模拟器的光谱校正

提出一种太阳模拟器光谱校正滤光膜的设计方法:通常的太阳模拟器利用高压脉冲氙灯模拟太阳光,但脉冲氙灯的线谱较强。该文用 Macleod 薄膜设计软件对所需膜系进行理论设计与分析,给出理想膜系的理论滤光结果,并进行实际镀制,用八棱柱管代替圆柱管做基片以降低成本,实测结果表明模拟效果很好,达到 A 级太阳模拟器标准。

太阳能模拟器滤光片的研制

太阳能模拟器作为研究航天科技卫星空间环境模拟和太阳能电池的检测与标定的必要模拟设备，越来越受到人们的关注，其中，模拟器滤光片（AM1．5）是太阳能模拟器的关键元件。本文依据标准大气光谱和标准氙灯的光谱曲线，得到了AM1．5型太阳能模拟器滤光片的透射率光谱曲线。在此基础上用TFC膜系软件对该滤光片的膜系进行了设计、优化，并对该膜系进行了镀制工艺研究。光谱测试结果表明，所研制的滤光片的中心波长950nrn处的透射率T=15％，半宽度350nm；400。750131n波段内，平均透射率Ta≥95％，1200-1400nm内平均透射率Ta≥92％。光谱辐照度测试结果表明，其辐照匹配度在0．89～1．09之间，达到A类滤光片要求。

采用遗传算法的LED太阳光谱仿真

基于简单遗传算法,通过求解超定方程组的非负最小二乘解,优化单色发光二极管（LED）匹配光源组合,实现用白光LED取代部分单色LED模拟太阳光谱,并讨论白光LED可以取代几种不同峰值波长的LED.仿真结果表明：在300-1 100nm范围内,随着白光LED取代单色LED种类的增加,所用LED总数减少,光谱匹配度均下降;当取代3种不同峰值波长LED时,该算法拟合的相关指数为0.903 5,可减少15.6%的LED个数,模拟光谱与目标光谱基本吻合.该方法的光谱失配度小,可精确分辨标准太阳光谱AM1.5的两个吸收谷.

基于有效集算法的大功率单色LED太阳光谱模拟仿真

利用单色LED实现对AM1.5标准太阳光谱可见光(380~780 nm)波段和标准光源CIE-D65的匹配,提出了通过有效集算法作为目标光谱的匹配算法,将Epitex公司的大功率单色LED的峰值波长和半高全宽数据作为有效集,并建立了一个数据库。将相关指数R^2最大作为优化目标,通过MATLAB编程求解超定方程组的最小二乘解求出拟合所需要的单色LED的种类和数量。拟合AM1.5可见光的最佳组合中使用24种单色LED,相关指数R^2高达0.850 2,拟合标准光源CIE-D65的最佳组合中使用25种单色LED,相关指数R2高达0.940 5。进行了增加LED和减少LED的优化实验。得出的结果对工程实践中单色LED拟合太阳光谱的研究提供了理论基础。

Sm^3＋/Dy^3＋掺杂太阳能电池盖板玻璃的性能

采用高温熔融法制备了稀土离子Sm^(3+)和Dy^(3+)掺杂的硅酸盐玻璃,研究了该玻璃的光学性能和光电转换性能,测试了其用作太阳能电池盖板时对电池光电转换效率的影响,并与空白玻璃样品进行对比。结果表明:稀土玻璃样品可见光透过率良好,其在紫外光区域内不同波段光的激发下,以下转换的方式辐射出多个可见光发射峰,其中主要的发射峰波长为484、574、600和646nm等;样品用作电池盖板后,单/非晶硅电池片光电转换效率均有所提高,较相应的空白玻璃/电池组件分别增加了0.07%及0.013%,即稀土玻璃具有将紫外光转换为可见光并提高电池片光电转换效率的作用。

p型GaSb窗口层在热光伏电池中的应用研究

为了提高GaSb热光伏电池的转换效率,在电池结构中引入p^+-GaSb窗口层,研究了生长基底、衬底温度和反应物源温度对p^+-GaSb薄膜性能的影响,并优化了电池结构中p^+-GaSb窗口层的厚度和掺杂浓度。实验结果表明,生长基底和温度等制备参数影响着p^+-GaSb薄膜的结构特性和电学特性,而且,较薄的高掺杂p^+-GaSb层有利于提高电池性能。通过测试和仿真,热光伏电池的转换效率达到9.49%(AM1.5测试)和20.34%(AFORS-HET仿真)。

GaSb热光伏电池的p层设计优化

GaSb热光伏电池结构中的p-GaSb层是主要的光子吸收区。为了改善p-GaSb层的性能从而提高电池的转换效率等指标,首先研究了不同衬底温度和电池前电极对p-GaSb薄膜材料性能的影响,然后在此基础上进一步优化了电池p-GaSb层的厚度和掺杂浓度,并引入分层制备pGaSb层的方法。测试结果表明,衬底温度对p-GaSb薄膜材料的结晶质量、电学特性和光学特性有显著影响,不同的前电极影响p-GaSb薄膜的内部结构和电池的光电转换性能,采用500℃衬底温度和ZnO作为电池前电极是最优的制备条件。采用p+-GaSb/p-GaSb的分层结构并优化p+-GaSb层和p-GaSb层的厚度和掺杂浓度后,制备出了转换效率分别为9.13%(AM1.5光照测试)和20.32%(AFORS-HET模拟1450 K热辐射)的热光伏电池。

氙灯模拟太阳光谱滤光片的研制

通常太阳模拟器选用大功率短弧氙灯来模拟太阳光,但氙灯光谱在近红外波段区域与真实的太阳光谱存在差异,根据光谱差异的大小,通过选择合适的薄膜材料并采用真空镀膜的方法,研制出0.3～2.5μm波段范围的光学滤光片,对短弧氙灯光谱进行了校正,把波长在0.8～1.1μm之间偏离太阳光谱的辐射次峰滤掉,校正后的光谱辐照分布接近太阳光谱,其辐照匹配度符合AM1.5太阳光谱的A级匹配标准。

大面积宽光谱太阳模拟器光谱匹配均匀度技术研究

针对IEC60904.9标准规定的光谱辐照度分布波长范围不能满足铜铟镓硒薄膜等宽光谱太阳电池伏安特性测试需求,提出了一种适用于工业生产用的大面积宽光谱太阳模拟器光机结构设计思路。依据IEC60904.3标准拓宽光谱波长范围为400～1200nm,并给出各光谱波段评判依据。详细介绍了宽光谱AM1.5G滤光片设计方法,并通过组合滤光片与单组滤光片进行比对试验,采用组合滤光片可使整体匹配偏差由9.4%缩小至5.4%。试验表明：采用组合滤光片可有效降低光源因角度效应造成大面积测试面光谱匹配不均匀的难题。

三层减反射膜的模拟及其在太阳电池中的应用

使用减反射膜层是提高太阳电池短路电流密度进而提高电池转换效率的有效手段之一。针对CdTe薄膜太阳电池的光谱响应范围,基于AM1.5辐照光谱,优化设计了MgF2/H4/Al2O3结构的减反射薄膜,使用电子束蒸发技术制备了该减反射膜,使用椭圆偏振仪、紫外/可见分光光度计、原子力显微镜分别测量了所制备薄膜的光学性质和表面形貌,对比分析了膜系结构理论模拟与实验测量结果。结果表明,使用该减反射薄膜后,电池的量子效率提高了7.3%;光电转换效率从12.5%提高到13.3%。

非标条件下太阳电池短路电流向标准条件下的转化

分析了在太阳电池测试过程中,模拟器的光谱失配、光强、太阳电池的光谱响应和测试时太阳电池PN结温度这四个因素共同对测试结果的影响。找到了太阳电池在非标准测试条件下测试结果向标准测试条件下转换的一般方法。给出诸多实验,并确定该种转换方法中的一些经验参数。

一种小型固体光源太阳模拟器的研究与实现

详细介绍了一种用固体光源LED模拟太阳光的方法,该方法是用不同波段的LED组成的复色光模拟太阳光谱,并用该种方法设计了一种小型固体光源太阳模拟器。测试结果表明,该太阳模拟器的光谱失配误差在国家太阳模拟器通用规范的A级标准以内,且成本低廉,耗电少,易于实现。

基于单色LED的太阳光谱合成方法

为解决目前白光LED光谱非连续性问题,设计出一种基于单色LED的太阳光谱合成方法。该方法通过构建单色LED光谱模型,采用最小二乘算法以最大相关指数R^2为优化目标,实现对太阳光谱的拟合。在理想峰值波长等间隔LED拟合的基础上,对非等间隔的单色LED进行最佳拟合求解,得到27种单色LED的最优组合,其相关指数R^2达到0.9576;通过递减实验,优化分析两组17种单色LED组合光谱的拟合结果,其混合光谱仍满足AM1.5的A级标准要求,实现了多种LED对太阳光谱的最佳拟合,同时降低了工程应用的难度。