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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，包括光源和电子负载组件，其中，所述光源包括辅助光源和瞬态太阳光模拟器，所述辅助光源至少用于对待测电池及其组件进行光浸泡照射；所述电子负载组件包括至少用于测量待测电池及其组件IV特性参数的电池测试装置，所述电池测试装置分别与待测电池及其组件、标准电池连接。本实用新型提供的瞬态IV特性测试设备，使用价格和技术要求较低的瞬态太阳光模拟器作为钙钛矿组件的测试光源，除去更换光源带来的直接成本降低外，更小的测试温升也大大降低了测试设备的控温要求，最终降低了钙钛矿光伏电池组件测试的成本，提高了功率标定的准确度。
    公开号:CN214337875U
    申请号:CN202120255114.6U
    申请日:2021-01-29
    公开日:2021-10-01
    发明作者:钱家栋；范春琳；田清勇；范斌
    申请人:Suzhou Gcl Nanometer Technology Co ltd；Kunshan Gcl Photoelectric Materials Co ltd；
    IPC主号:H02S50-10
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及一种IV特性测试设备，特别涉及一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，属于光伏组件产品测试技术领域。
    [n0002] 钙钛矿太阳能电池作为一种新型的光伏技术，其效率在近年来获得了巨大的提升。商用钙钛矿光伏电池或组件也即将进入主流市场。精确、快速的对钙钛矿电池进行最大功率点标定和电流电压(IV)曲线测试是产业化过程中无可避免的重要一环。
    [n0003] 传统晶硅电池和组件生产过程中经常使用太阳光瞬态模拟器和快速扫描式电子负载在标准测试环境(25℃ 1000W/m2 AM 1.5)来获得IV曲线，整段IV曲线扫描时间不超过100ms，在钙钛矿电池中常见的自由移动离子，会在不同的器件电压下重新排布，影响器件内置电场，导致严重的电容效应。
    [n0004] 目前主流科研机构在测试钙钛矿太阳能电池时主要使用稳态太阳光模拟器和电子负载。在测试时选取5-30个固定电压，在稳定光照下检测钙钛矿电池的工作电流，然而，由于自由移动的离子的存在，每改变一次工作电压，钙钛矿电池的工作电流往往需要在新的电压和恒定光照条件下长时间(>10s)来达到稳定状态。在自由离子未重新排布达到稳定状态前，IV测试结果受因自由离子移动造成的内建电场影响。因此，常用于晶硅组件中的瞬态闪光模拟器配合快速扫描得到的组件IV曲线无法反应实际使用中的工作状态，且每次测试时受当时的钙钛矿层自由离子排布影响，可重复性较差；而常用于测试微型钙钛矿电池(<5cm2)的稳态模拟器在大型化设备中往往成本较高，需要更频繁的维护，且需要搭配大功率的降温设备以控制组件测试温度。
    [n0005] 针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备。
    [n0006] 为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
    [n0007] 本实用新型实施例提供了一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，包括光源和电子负载组件，其中，所述光源包括辅助光源和瞬态太阳光模拟器，所述辅助光源至少用于对待测电池及其组件进行光浸泡照射；所述电子负载组件包括至少用于测量待测电池及其组件IV特性参数的电池测试装置，所述电池测试装置分别与待测电池及其组件、标准电池连接。
    [n0008] 在一些较为具体的实施方案中，所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备还包括温度调节组件，所述温度调节组件至少用于调节待测电池及其组件的温度，其中，所述温度调节组件包括热电偶、散热机构和温度控制器，所述温度控制器分别与热电偶、散热机构连接，所述热电偶至少用于监测待测电池及其组件的温度。
    [n0009] 在一些较为具体的实施方案中，所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备还包括固定组件，所述固定组件包括固定支架和夹具，所述夹具设置在所述固定支架上，所述夹具至少用于固定待测电池及其组件、标准电池。
    [n0010] 与现有技术相比，本实用新型的优点包括：本实用新型实施例提供的一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，使用价格和技术要求较低的瞬态太阳光模拟器作为钙钛矿组件的测试光源，除去更换光源带来的直接成本降低外，更小的测试温升也大大降低了测试设备的控温要求，最终降低了钙钛矿光伏电池组件测试的成本，提高了功率标定的准确度。
    [n0011] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
    [n0012] 图1是本实用新型一典型实施案例中提供的一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备的结构示意图。
    [n0013] 鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
    [n0014] 本实用新型实施例提供了一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，包括光源和电子负载组件，其中，所述光源包括辅助光源和瞬态太阳光模拟器，所述辅助光源至少用于对待测电池及其组件进行光浸泡照射；所述电子负载组件包括至少用于测量待测电池及其组件IV特性参数的电池测试装置，所述电池测试装置分别与待测电池及其组件、标准电池连接。
    [n0015] 进一步的，所述辅助光源包括用于提供单一波段辅助光的单色辅助光源。
    [n0016] 更进一步的，所述单色辅助光源的功率为200-1000W/m2。
    [n0017] 更进一步的，所述单色辅助光源包括至少一个单色LED辅助光源。
    [n0018] 更进一步的，所述单色辅助光源包括多个单色LED辅助光源，所述多个单色LED辅助光源对称分布在所述瞬态太阳光模拟器的两侧，或者，所述多个单色LED辅助光源环绕所述瞬态太阳光模拟器设置。
    [n0019] 更进一步的，所述单色LED辅助光源所提供的辅助光的波长为500-700nm。
    [n0020] 更进一步的，所述瞬态太阳光模拟器的光强为1000W/m2±5％。
    [n0021] 更进一步的，所述瞬态太阳光模拟器的频谱符合AM1.5。
    [n0022] 在一些较为具体的实施方案中，所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备还包括温度调节组件，所述温度调节组件至少用于调节待测电池及其组件的温度，其中，所述温度调节组件包括热电偶、散热机构和温度控制器，所述温度控制器分别与热电偶、散热机构连接，所述热电偶至少用于监测待测电池及其组件的温度。
    [n0023] 进一步的，所述温度调节组件包括多个热电偶，所述多个热电偶通过隔热胶带固定设置在待测电池及其组件的背面，所述散热机构包括至少一个散热风扇。
    [n0024] 在一些较为具体的实施方案中，所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备还包括固定组件，所述固定组件包括固定支架和夹具，所述夹具设置在所述固定支架上，所述夹具至少用于固定待测电池及其组件、标准电池，其中，所述待测电池及其组件和标准电池位于同一平面上。
    [n0025] 如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明，本实用新型实施例采用的光源、夹具、固定支架、温度控制器等均可以采用本领域技术人员已知的现有元器件或结构，在此不对其具体的性能参数、结构尺寸等作具体的限定。
    [n0026] 请参阅图1，一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，包括光源100、电子负载组件200和温度调节组件300，其中，所述光源100包括辅助光源110和瞬态太阳光模拟器120，所述辅助光源110至少用于对待测电池及其组件500进行光浸泡照射；所述电子负载组件200包括至少用于测量待测电池及其组件IV特性参数的电池测试装置，所述电池测试装置分别与待测电池及其组件400、标准电池500连接，所述温度调节组件300至少用于调节待测电池及其组件400的温度。
    [n0027] 具体的，所述辅助光源110包括用于提供单一波段辅助光的单色辅助光源，所述单色辅助光源的功率为200-1000w，其中，所述单色辅助光源包括至少一个单色LED辅助光源111，例如，所述单色辅助光源包括多个单色LED辅助光源111，所述多个单色LED辅助光源111对称分布在所述瞬态太阳光模拟器120的两侧，或者，所述多个单色LED辅助光源111环绕所述瞬态太阳光模拟器120设置；所述单色LED辅助光源所提供的辅助光的波长为500-700nm，例如，所述单色LED辅助光源可以根据待测电池及其组件中的钙钛矿材料的带宽使用波长在500-700nm的单色稳态光板。
    [n0028] 具体的，所述瞬态太阳光模拟器的光强为1000W/m2±5％，所述瞬态太阳光模拟器的频谱符合AM1.5。
    [n0029] 具体的，所述温度调节组件300包括热电偶310、散热机构320和温度控制器330，所述温度控制器330分别与热电偶310、散热机构320连接，所述热电偶310至少用于监测待测电池及其组件400的温度；具体的，所述温度调节组件300包括多个热电偶(可以是1-6个)310，所述多个热电偶310通过隔热胶带固定设置在待测电池及其组件400的背面，所述散热机构320包括多个散热风扇，所述多个散热风扇设置在所述待测电池及其组件400的背侧。
    [n0030] 具体的，所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备还包括固定组件，所述固定组件包括固定支架和夹具，所述夹具设置在所述固定支架上，所述夹具至少用于固定待测电池及其组件、标准电池。
    [n0031] 具体的，以本实用新型实施例提供的一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备对钙钛矿光伏电池及其组件进行瞬态IV测试的过程主要包括：光浸泡、预扫描、稳定离子移动、瞬态测试四个步骤，具体如下：
    [n0032] 1)光浸泡：主要用于激发钙钛矿光伏电池及其组件，将测试用钙钛矿光伏电池及其组件放置于200-1000W的单色辅助光源下光浸泡5-300s，同时，以电子负载组件测量钙钛矿光伏电池及其组件的开路电压，开路电压稳定后结束光浸泡；
    [n0033] 2)预扫描：结束光浸泡后关闭单色辅助光源，同时开启瞬态太阳光模拟器，通过测量位于钙钛矿光伏电池及其组件同一平面的标准电池反馈的光强，在光强到达1000W/m2±5％时进行钙钛矿光伏电池及其组件的IV曲线扫描，扫描时间根据瞬态光源参数设定，需小于或等于瞬态光源保持在1000W/m2±5％的时间以内，10<扫描点数<500；共进行两次扫描，两次扫描起止电压相反，例如，若第一次为0V到Voc，则第二次扫描为Voc到0V；
    [n0034] 3)稳定离子移动：将两次预扫描获得的IV曲线取电流平均值，并找到最大功率点；打开辅助光源和电子负载组件，通过设置电子负载组件的输出将电池测试装置的电压调为上文预扫描测试的最大功率点电压，并保持稳定输出，同时测量待测电池及其组件的电流，电流稳定后保持电子负载组件的输出电压不变，并关闭辅助光源；
    [n0035] 4)瞬态测试：步骤与预扫描基本一致：开启瞬态太阳光模拟器，在光强为1000W/m2±5％的条件下进行IV扫描，扫描点数在(20,200)区间内，可根据钙钛矿组件实际情况改变；为获得最准确最大功率点功率，应首先扫描电压区间为预扫描得到的最大功率点电压Vmp±10％，再扫描接近0V和Voc区间的IV参数。
    [n0036] 5)温度控制，该测试过程应当在25℃的室温环境中进行，以满足标准测试条件；若在上述测试过程中，待测电池及其组件的温度有明显上升，则需要通过温度调节组件对待测电池及其组件进行降温；其中所述温度调节组件包括热电偶、散热机构和温度控制器，所述温度控制器分别与热电偶、散热机构连接，1-6个热电偶应使用隔热胶带固定在待测电池及其组件的背面，并连接至温度控制器，当待测电池及其组件的温度高于25℃时，温度控制器打开位于组件背面的风扇进行降温。
    [n0037] 本实用新型实施例提供的一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，配备的辅助光源用于光浸泡过程，以及稳定钙钛矿材料内离子分布作用，以上两道工序需要光源长期开启，对光源寿命影响较高，但对光源光谱要求较低，使用波长为500-700nm的单色LED，能够同时满足激发钙钛矿电池的功能，且大幅降低成本；此外，500-700nm的波长接近钙钛矿材料的吸收峰，能够显著减少光浸泡和稳压过程对电池或组件的升温影响，减少对控温设备的要求。
    [n0038] 本实用新型实施例提供的一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，使用价格和技术要求较低的瞬态太阳光模拟器作为钙钛矿组件的测试光源，除去更换光源带来的直接成本降低外，更小的测试温升也大大降低了测试设备的控温要求，最终降低了钙钛矿光伏电池组件测试的成本，提高了功率标定的准确度。
    [n0039] 应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 1.一种适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于包括光源和电子负载组件，其中，所述光源包括辅助光源和瞬态太阳光模拟器，所述辅助光源至少用于对待测电池及其组件进行光浸泡照射；所述电子负载组件包括至少用于测量待测电池及其组件IV特性参数的电池测试装置，所述电池测试装置分别与待测电池及其组件、标准电池连接。
    [0002] 2.根据权利要求1所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于：所述辅助光源包括用于提供单一波段辅助光的单色辅助光源。
    [0003] 3.根据权利要求2所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于：所述单色辅助光源的功率为200-1000W/m2。
    [0004] 4.根据权利要求2所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于：所述单色辅助光源包括至少一个单色LED辅助光源。
    [0005] 5.根据权利要求4所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于：所述单色LED辅助光源所提供的辅助光的波长为500-700nm。
    [0006] 6.根据权利要求1所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于：所述瞬态太阳光模拟器的光强为1000W/m2±5％。
    [0007] 7.根据权利要求1所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于：所述瞬态太阳光模拟器的频谱符合AM1.5。
    [0008] 8.根据权利要求1所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于还包括温度调节组件，所述温度调节组件至少用于调节待测电池及其组件的温度，其中，所述温度调节组件包括热电偶、散热机构和温度控制器，所述温度控制器分别与热电偶、散热机构连接，所述热电偶至少用于监测待测电池及其组件的温度。
    [0009] 9.根据权利要求8所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于：所述温度调节组件包括多个热电偶，所述多个热电偶通过隔热胶带固定设置在待测电池及其组件的背面，所述散热机构包括至少一个散热风扇。
    [0010] 10.根据权利要求7所述适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态IV特性测试设备，其特征在于还包括固定组件，所述固定组件包括固定支架和夹具，所述夹具设置在所述固定支架上，所述夹具至少用于固定待测电池及其组件、标准电池。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CN202120255114.6U|CN214337875U|2021-01-29|2021-01-29|适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态iv特性测试设备|CN202120255114.6U| CN214337875U|2021-01-29|2021-01-29|适用于钙钛矿光伏电池及其组件的瞬态iv特性测试设备|
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