[發明專利]一種光電器件的光伏特性測量設備、測量方法及成像系統

有效

• 申請號: 201810296308.3
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108267661B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 王鳴魁;廖沛哲;黃飛洪
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;H02S50/15
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;廖盈春

1.一種光電器件的光伏特性測量設備，其特征在于，包括：光源組件(1)、樣本放置組件(2)以及信號測量組件(3)；樣本放置組件(2)用于放置電池樣本并導出電池樣本的電壓及電流信號，光源組件(1)用于提供垂直照射電池樣本表面的穩定平衡光及瞬時激發光，信號測量組件(3)用于測量電池樣本的電壓及電流信號；

光源組件(1)包括：平衡光源(11)、脈沖激光器(12)、轉盤(13)以及耦合單元(14)；平衡光源(11)用于提供穩定的平衡光，使電池樣本工作在預定的激發狀態；脈沖激光器(12)用于提供瞬時的激發光，使得電池樣本內部的載流子數量在短時間內迅速提高，從而形成電流和電壓的擾動信號；轉盤(13)垂直于脈沖激光器(12)的照射方向設置，且其上設置有小孔和擴束鏡，用于調節激發光的光斑大小；耦合單元(14)用于將平衡光和激發光耦合至一束平行光束中，并使得平行光束垂直照射于電池樣本表面，進而使得電池樣本產生相應的電壓及電流信號；

樣本放置組件(2)包括：電池測試底座(21)和三維平移臺(22)；電池測試底座(21)固定于三維平移臺上；電池測試底座(21)內設置有接觸探針及測試電路，用于固定電池樣本并導出電壓及電流信號；三維平移臺(22)用于帶動電池樣本移動，以實現對電池樣本的二維多點測量；

信號測量組件(3)包括：數字源表(31)和高速數字示波器(32)；數字源表(31)與電池測試底座(21)相連，以測量電池樣本在穩態條件下的電壓及電流信號，并在測量電壓及電流衰減信號時施加對應的偏置電壓或電流以過濾直流信號；高速數字示波器(32)與電池測試底座(21)相連，以測量電池樣本對激發光的電壓衰減信號及電流衰減信號；高速數字示波器(32)還與脈沖激光器相連，以獲取同步觸發信號，從而控制信號采集過程；

所述光電器件的光伏特性測量設備具有兩種測量模式：多光強測量模式和二維掃描模式；在多光強測量模式下，激發光經過所述轉盤(13)上的擴束鏡得到二維擴大，最終形成的光斑覆蓋整個電池樣本表面；在二維掃描模式下，激發光經過所述轉盤(13)上的小孔的限制，形成的光斑只照亮電池樣本表面的一點，并通過所述三維平移臺(22)移動電池樣本實現二維多點測量。

2.如權利要求1所述的光電器件的光伏特性測量設備，其特征在于，所述平衡光源(11)為LED燈組。

3.如權利要求1所述的光電器件的光伏特性測量設備，其特征在于，所述脈沖激光器(12)照射到電池表面的輻照度低于所述平衡光源(11)照射到電池表面輻照度的10％。

4.一種基于權利要求1所述的光電器件的光伏特性測量設備的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)檢查設備各組件的工作狀態并將工作參數設置為預設值，并設定測試光強為X₀；

(2)移動標準電池，使得標準電池的表面與平行光束的焦點重合；開啟平衡光源，關閉脈沖激光器；根據標準電池的電壓與光強的對應關系得到與測試光強X₀相對應的電壓V₀；調節平衡光源的光強，使得標準電池輸出的電壓為V₀，從而完成光強標定，使得平衡光源的光強為測試光強X₀；

(3)保持平衡光源不變，移動電池樣本，使得電池樣本表面與平行光束的焦點重合；設置電池樣本為開路狀態，并測量電池樣本的開路電壓V_oc；

(4)開啟脈沖激光器，并施加反向電壓以過濾直流電壓V_oc，同時采集電壓衰減信號，得到暫態光電壓衰減曲線V(t)；

(5)保持平衡光源不變，關閉脈沖激光器；設置電池樣本為短路狀態，并測量電池樣本的短路電流I_sc；

(6)開啟脈沖激光器，并施加反向電流以過濾直流電流I_sc，以確保電池電流測試與電壓測試處于同一工作狀態下，同時采集電流衰減信號，得到暫態光電流衰減曲線I(t)；

(7)更改平衡光源的測試光強X₀的取值，重復步驟(2)-(6)，以得到不同平衡光強下的暫態光電壓曲線和暫態光電流曲線。