一种太阳电池低温量子效率试验装置及其方法与流程

1.本发明涉及太阳电池技术领域，更具体的说是涉及一种太阳电池低温量子效率试验装置及其方法。


背景技术：

2.iii-v族多结串联太阳电池是航天器重要的供能部分之一，有望应用于深空探测活动的电力系统。木星、土星与他们的卫星是深空探测的重要目标星体。这些星体处于低温环境下。温度会影响多结太阳电池各结子电池材料的光电转化效率，还会进一步影响各结材料的带隙。多结电池的带隙组成发生变化，会使各结电池利用光谱分配发生变化，影响多结太阳电池性能。深空探测航天器载荷有限，设计更适用于低温环境的太阳电池将有助于减少供能单位的质量，多结太阳电池低温量子效率测试装置有重要作用。
3.因此，如何提供一种太阳电池低温量子效率试验装置及其方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种太阳电池低温量子效率试验装置及其方法，其目的是为了克服现有仪器设备不能实现对太阳电池低温量子效率测试的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种太阳电池低温量子效率试验装置，包括：恒温真空舱、光源控制单元、氙灯光源、测试单元和控制模块；
7.所述恒温真空腔上设置有光学窗口，所述光源控制单元用于控制所述氙灯光源产生入射光，并使入射光通过所述光学窗口入射至所述恒温真空腔内，所述恒温真空腔用于提供低温恒温且真空的环境，内部设置有光学台，待测电池置于所述光学台上，并通过探针固定，所述探针通过测试线路从所述恒温真空腔内穿出与所述测试单元电连接，所述测试单元和所述光源控制单元均与所述控制模块电连接。
8.优选的，还包括无油分子泵、温度控制器和风冷压缩机；
9.所述无油分子泵用于将所述恒温真空腔抽至真空，量级为10-3
～10-4
pa；
10.所述温度控制器用于控制所述风冷压缩机的启停，对所述恒温真空腔内的温度进行控制，温度范围控制在10k～300k；
11.所述风冷压缩机用于对所述恒温真空腔降温；
12.所述无油分子泵和所述风冷压缩机通过波纹管与所述恒温真空腔相连。
13.优选的，所述光源控制单元还用于对所述氙灯光源进行校准，并通过滤光片实现其余结照射饱和。
14.优选的，所述风冷压缩机的冷头上安装热电偶，所述热电偶与所述温度控制器相连，用于实现升温。
15.一种太阳电池低温量子效率试验方法，包括以下步骤：
16.s1.氙灯光源产生入射光；所述入射光包括单色光和偏置光；
17.s2.将恒温真空舱横向放置，舱头部的光学窗口正对所述单色光下方，确保所述单色光和所述偏置光入射至待测电池表面，通过探针连接所述待测电池电极，并通过测试线将所述探针与测试单元相连，确认无断触后关闭舱门；
18.s3.将恒温真空舱抽成真空；
19.s4.达到真空度要求后进行降温；
20.s5.通过测试单元进行量子效率性能测试得到量子效率曲线，根据所述量子效率曲线获取短路电流密度，以及半导体材料在当前温度下的带隙。
21.优选的，s1还包括：对氙灯光源预热五分钟后开始校准；具体内容包括：
22.将光学玻璃覆盖在量子效率测试的校准片上，开始校准；
23.使用硅校准片校准光源在300-1100nm波长，使用锗校准片校准1000-1700nm波长。
24.优选的，通过无油分子泵，将恒温真空舱抽成真空，量级为10-3
～10-4
pa；通过风冷压缩机对所述恒温真空腔降温，通过温度控制器控制风冷压缩机的启停，对所述恒温真空腔内的温度进行控制，温度范围控制在10k～300k。
25.优选的，在s4中，通过所述温度控制器控制热电偶工作，用于实现升温。
26.优选的，s4还包括：达到设定温度后，根据多结电池的不同结带隙，选择滤光片，将其余结照射饱和。
27.优选的，s5具体包括：通过量子效率测试系统进行量子效率性能测试得到量子效率曲线，根据量子效率曲线在am0或am1.5g光谱下的积分给出短路电流密度，并根据量子效率曲线的给出半导体材料这一温度下的带隙。
28.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种太阳电池低温量子效率试验装置及其方法，本发明通过在量子效率测试系统内搭建低温测试台的方式来实现低温量子效率同步测量，原位表征。本装置将舱内抽成真空来模拟太空真空环境，同时确保舱内恒定低温，模拟太空低温恒温环境；根据测试结果给出低温量子效率曲线与短路电流密度和带隙数据，为深空太阳电池低温量子效率测试提供了试验条件。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1附图为本发明提供的一种太阳电池低温量子效率试验方法的流程图；
31.图2附图为本发明提供的一种太阳电池低温量子效率试验装置的结构示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明实施例公开了一种太阳电池低温量子效率试验装置，如图1所示，包括：恒温真空舱、光源控制单元、氙灯光源、测试单元和控制模块；
34.恒温真空腔上设置有光学窗口，光源控制单元用于控制氙灯光源产生入射光，并使入射光通过光学窗口入射至恒温真空腔内，恒温真空腔用于提供低温恒温且真空的环境，内部设置有光学台，待测电池置于光学台上，并通过探针固定，探针通过测试线路从恒温真空腔内穿出与测试单元电连接，测试单元和光源控制单元均与控制模块电连接。
35.需要说明的是：
36.在本实施例中使用探针固定电池的具体方法为：太阳电池放置于样品台上，探针扎在电极上，使电池不能移动。
37.为了进一步实施上述技术方案，还包括无油分子泵、温度控制器和风冷压缩机；
38.无油分子泵用于将恒温真空腔抽至真空，量级为10-3
～10-4
pa；
39.温度控制器用于控制风冷压缩机的启停，对恒温真空腔内的温度进行控制，温度范围控制在10k～300k；
40.风冷压缩机用于对恒温真空腔降温；
41.无油分子泵和风冷压缩机通过波纹管与恒温真空腔相连。
42.需要说明的是：
43.抽真空的目的：一是为了模拟太空中的真空环境，二是防止空气中的水汽附着在电池上，造成短路等电气问题。
44.为了进一步实施上述技术方案，光源控制单元还用于对氙灯光源进行校准，并通过滤光片实现其余结照射饱和。
45.为了进一步实施上述技术方案，风冷压缩机的冷头上安装热电偶，热电偶与温度控制器相连，用于实现升温。
46.需要说明的是：
47.温度控制原理：风冷压缩机给冷头持续降温，通过铜管将温度传给样品固定台；由于风冷压缩机是只能制冷，所以在冷头上装上了热电偶，如果温度低于设定温度，热电偶自动开启，实现升温。通过冷头和热电偶相互配合工作，可将温度长时间稳定在设定温度处。
48.一种太阳电池低温量子效率试验方法，如图2所示，包括以下步骤：
49.s1.氙灯光源产生入射光；入射光包括单色光和偏置光；
50.s2.将恒温真空舱横向放置，舱头部的光学窗口正对单色光下方，确保单色光和偏置光入射至待测电池表面，通过探针连接待测电池电极，并通过测试线将探针与测试单元相连，确认无断触后关闭舱门；
51.s3.将恒温真空舱抽成真空；
52.s4.达到真空度要求后进行降温；
53.s5.通过测试单元进行量子效率性能测试得到量子效率曲线，根据量子效率曲线获取短路电流密度，以及半导体材料在当前温度下的带隙。
54.为了进一步实施上述技术方案，s1还包括：对氙灯光源预热五分钟后开始校准；具体内容包括：
55.将光学玻璃覆盖在量子效率测试的校准片上，开始校准；
56.使用硅校准片校准光源在300-1100nm波长，使用锗校准片校准1000-1700nm波长。
57.为了进一步实施上述技术方案，通过无油分子泵，将恒温真空舱抽成真空，量级为10-3
～10-4
pa；通过风冷压缩机对恒温真空腔降温，通过温度控制器控制风冷压缩机的启停，对恒温真空腔内的温度进行控制，温度范围控制在10k～300k。
58.为了进一步实施上述技术方案，在s4中，通过温度控制器控制热电偶工作，用于实现升温。
59.为了进一步实施上述技术方案，s4还包括：达到设定温度后，根据多结电池的不同结带隙，选择滤光片，将其余结照射饱和。
60.需要说明的是：
61.如gainp/gaas/ge三结电池，中结gaas响应波段为656nm-880nm，因此分别使用用400-500nm和900nm 滤光片将顶结和底结照射饱和。通过不同偏置灯与滤光片组合照射使非测试结饱和，得到待测结的准确量子效率测试结果。
62.为了进一步实施上述技术方案，s5具体包括：通过量子效率测试系统进行量子效率性能测试得到量子效率曲线，根据量子效率曲线在am0或am1.5g光谱下的积分给出短路电流密度，并根据量子效率曲线的给出半导体材料这一温度下的带隙。
63.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
64.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。