Солнечные элементы, также известные как фотоэлектрические элементы, напрямую преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Измерение эффективности солнечных элементов обычно включает в себя оценку мощности падающего солнечного света с помощью радиометра и определение выходной электрической мощности в точке максимальной мощности. Однако этот процесс сопряжен с трудностями из-за зависимости производительности элемента от солнечного спектра, который меняется в зависимости от сезонных изменений, географического положения и погодных условий. Эти факторы в сочетании с ошибками калибровки радиометров могут приводить к непоследовательным и неточным измерениям.
Для решения подобных проблем большинство производителей используют солнечные симуляторы для проверки эффективности солнечных элементов в контролируемых условиях. Эти симуляторы калибруются с использованием стандартных элементов, соответствующих спектральному распределению солнечного света в стандартных условиях.
Распространенные ошибки при тестировании тонкопленочных солнечных элементов из аморфного кремния
Некоторые лаборатории и испытательные агентства используют кристаллические кремниевые ячейки в качестве эталонных стандартов для оценки тонкопленочных аморфных кремниевых ячеек. Такая практика часто приводит к значительным ошибкам измерений, вызывая сомнения в производительности аморфных кремниевых ячеек.
Международные стандарты тестирования солнечных элементов
Для обеспечения согласованных и надежных сравнений международные стандарты тестирования определяют конкретные условия оценки солнечных элементов:
Спектр: AM1.5
Интенсивность излучения: 1000 Вт/м²
Температура: 25°C
AM1.5 обозначает солнечный спектр, когда солнечный свет проходит через атмосферу под углом, соответствующим зенитному углу 48,2°.
Для точных измерений необходимо соблюдение двух ключевых условий:
Спектральная характеристика эталонной и тестовой ячеек должна совпадать в заданном диапазоне, что обычно достигается за счет использования эталонных и тестовых ячеек, изготовленных из одного и того же полупроводникового материала с применением аналогичных производственных процессов.
Источник света в симуляторе должен точно соответствовать спектральному составу стандарта AM1.5.
Особые соображения при проектировании ячеек из аморфного кремния
Аморфные кремниевые ячейки существенно отличаются от кристаллических кремниевых ячеек по материалу и спектральным характеристикам. Вот ключевые моменты, которые необходимо учитывать для точного тестирования:
Калибровка интенсивности излучения:
Используйте эталонную ячейку из аморфного кремния, специально разработанную для калибровки интенсивности излучения. Использование ячеек из кристаллического кремния для этой цели может привести к бессмысленным результатам из-за спектрального несоответствия. Даже если бы был доступен идеальный источник света, обеспечение точных результатов в типичных лабораторных или производственных условиях остается сложной задачей.
Выбор источника света:
В качестве имитатора солнечного излучения следует использовать источник света со спектральным диапазоном от 300 до 800 нм, максимально приближенным к спектру AM1.5. Распространенные имитаторы ксеноновых ламп часто имеют спектр с преобладанием инфракрасного излучения (от 800 до 1100 нм), который отклоняется от стандарта, вызывая значительные расхождения.
Спектральный отклик:
Спектральная характеристика солнечного элемента относится к количеству носителей заряда, генерируемых на один фотон при заданной длине волны. Аморфные кремниевые элементы имеют диапазон спектральной характеристики от 400 до 800 нм, по сравнению с диапазоном от 400 до 1100 нм для кристаллических кремниевых элементов. При тестировании аморфных кремниевых элементов с использованием симуляторов, откалиброванных по стандартам кристаллического кремния, спектр с преобладанием инфракрасного излучения (от 800 до 1100 нм) вносит вклад в ток кристаллических элементов, но не аморфных. Это приводит к существенной недооценке тока и общей производительности аморфного кремниевого элемента.
Кроме того, спектральная характеристика аморфных кремниевых ячеек зависит от таких факторов, как световое воздействие и напряжение, поэтому крайне важно учитывать эти переменные в нестандартных условиях.
Для точного тестирования тонкопленочных солнечных элементов из аморфного кремния необходимо уделять пристальное внимание калибровке интенсивности излучения, выбору источника света и выравниванию спектральной характеристики. Соблюдение этих рекомендаций гарантирует надежные результаты и позволяет избежать ошибок, связанных с неправильными методами калибровки.
