當(dāng)下不少鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率已經(jīng)做到和晶硅持平,甚至超過(guò)晶硅,在效率上鈣鈦礦電池完全可以進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用且制備成本比傳統(tǒng)的晶硅電池更低,但阻礙鈣鈦礦電池商業(yè)化是其長(zhǎng)期穩(wěn)定性,目前業(yè)內(nèi)解決該問(wèn)題直接的一種手段就是針對(duì)鈣鈦礦材料本身的改性提升材料本征穩(wěn)定性。另一種可行的手段是通過(guò)工藝和工程手段隔絕外界的不穩(wěn)定因素,即隔絕水、熱等環(huán)境因素,從而減少乃至避免外界不穩(wěn)定因素對(duì)于材料和器件的影響。
目前對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性測(cè)試沒(méi)有國(guó)際性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)內(nèi)通用的做法是將電池置于1sun標(biāo)準(zhǔn)光照射下, 持續(xù)功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)進(jìn)行光老化測(cè)試。常規(guī)測(cè)試時(shí)間是1000小時(shí)。
本系統(tǒng)是專為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究工作者量身打造的一款功能強(qiáng)大、齊全的多通道太陽(yáng)能電池和組件穩(wěn)定測(cè)試系統(tǒng),采用3A級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器或白光LED作為老化光源,可通過(guò)多種方式對(duì)電池進(jìn)行控溫并控制電池所處的環(huán)境氣氛(N2、干空、恒溫恒濕等),可以對(duì)多組電池同時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)期的穩(wěn)定性能測(cè)試,除了傳統(tǒng)的MPPT模式以外,還增加了恒壓(如開(kāi)路電壓)和恒流老化(如短路電流)模式以增加穩(wěn)定性研究的靈活性,并集成了強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析軟件可以實(shí)時(shí)查看和對(duì)比不同樣品的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
一、系統(tǒng)組成1.1、硬件系統(tǒng)1.1.1、老化光源本系統(tǒng)可選配3A級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器和白光LED單色光源,以下分別對(duì)兩種光源進(jìn)行介紹
●3A級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器
YJ-LED-AAA系列LED太陽(yáng)光模擬器是一款供科研使用的理想太陽(yáng)光光源,是對(duì)目前氙燈光源太陽(yáng)光模擬器的完美升級(jí)換代產(chǎn)品,優(yōu)良的特性更加適合對(duì)太陽(yáng)能電池、半導(dǎo)體材料及生物科學(xué)的研究
產(chǎn)品特點(diǎn)
●符合IEC 60904-9,JIS 8904-9和ASTM E927-10關(guān)于光譜匹配度A+,輻射空間均勻性A和時(shí)間不穩(wěn)定性的A+要求。
●采用進(jìn)口大功率LED芯片,使用多種不同波長(zhǎng)的LED進(jìn)行光譜擬合,更加完美的實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)光的模擬
●光源使用壽命>10000小時(shí),不再需要定期更換昂貴且危險(xiǎn)的燈泡。
●獨(dú)立光譜控制,在350nm~1150nm光譜范圍內(nèi),根據(jù)IEC 60904-9標(biāo)準(zhǔn)分為6個(gè)光譜段,每個(gè)光譜段均可獨(dú)立調(diào)節(jié)控制。用戶可自定義不同光譜滿足不同測(cè)試需要。
●寬泛的閃光時(shí)間控制,可實(shí)現(xiàn)小100ms連續(xù)閃光直至常亮
●可選光強(qiáng)反饋系統(tǒng),實(shí)時(shí)光強(qiáng)進(jìn)行快速校準(zhǔn)
●7寸LCD觸摸屏控制,圖形化界面操作,操作快捷方便。
●支持5種閃光預(yù)設(shè)方案設(shè)置,且可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換,適用不同的測(cè)試需求。
●配有CAN總線、RS232和RS485接口,可與外部測(cè)試設(shè)備互聯(lián),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端控制與協(xié)同。
技術(shù)參數(shù)
型號(hào)YJ-LED-AAA-100LYJ-LED-AAA-250L光源類型穩(wěn)態(tài)LED光源光譜范圍350~1100有效光斑面積100mm×100mm210mm×210mm光譜匹配度A+均勻性A時(shí)間不穩(wěn)定性A+光源使用壽命>10000小時(shí)典型輸出功率100 to 1100 W/m2 (0.1 to 1.1 SUN) 可調(diào)供電電壓AC220V/50HZ光譜圖
●LED白光光源
光源特點(diǎn)
●大面積
①燈板面積:300×200mm2,有效光照面積: 270×180mm2;
②燈板面積:360×360mm2,有效光照面積: 350×350mm2;
超大光照面積LED燈珠陣列燈板,支持多個(gè)小電池和小型模組同時(shí)光照測(cè)試。
●長(zhǎng)壽命
穩(wěn)定性:10000小時(shí);
該部件選用高穩(wěn)定長(zhǎng)壽命進(jìn)口燈珠,定制高熱容鋁合金散熱片,無(wú)極調(diào)速矩陣式風(fēng)冷和壓縮制冷循環(huán)水冷兩種散熱方式保障了光源在連續(xù)光照工作的壽命。在維持光源光照強(qiáng)度的前提下,大大延緩了光源光強(qiáng)的衰退。
●材質(zhì)優(yōu)選
進(jìn)口燈珠;高熱容 7075 鋁合金氧化烤漆燈體/高強(qiáng)度304不銹鋼磨砂烤漆燈體。
●光強(qiáng)可調(diào)節(jié):
0.1-4 Sun等效光強(qiáng)可調(diào)節(jié);20W-900W可調(diào)功率區(qū)間,約180W使鈣鈦礦太陽(yáng)能電池生成一個(gè)太陽(yáng)模擬器下輸出的電流。
●波長(zhǎng)范圍
單波長(zhǎng)450nm
●可定制:
光強(qiáng)接受非標(biāo)定制,出貨燈板等效光強(qiáng)達(dá)到7sun;燈板面積接受非標(biāo)定制,出貨燈板面積達(dá)到1000mm×600mm,可更大。
●可靠:
漏電保護(hù)&過(guò)壓過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)。
光源光譜圖
兩種光源方案的對(duì)比
3A級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器LED白光光源光譜范圍350nm~1100nm450nm光譜匹配等級(jí)A+無(wú)均勻性A無(wú)時(shí)間穩(wěn)定性A+A1.1.2、測(cè)試系統(tǒng)本系統(tǒng)可配置獨(dú)立單通道測(cè)量系統(tǒng)和單通道輪詢測(cè)量系統(tǒng),以下分別做介紹
●多通道并行測(cè)試系統(tǒng)
采用小功率可編程直流電子負(fù)載卡,具有高精度、高可靠性、全功能(恒流,恒壓,恒功率,恒電阻)、便于集成等特點(diǎn)。具備OCP/OVP/OPP/OTP多重保護(hù),配備高速LAN接口,在絕大部分集成應(yīng)用中可代替小功率單體電子負(fù)載并為用戶大幅節(jié)省成本,尤其適合高校、科研院所應(yīng)用。
產(chǎn)品特點(diǎn):
●功率范圍:20W/25W/50W
●電壓范圍:0~20V/0~60V/0~100V
●單機(jī)10/19通道,通道間隔離
●OCP/OVP/OPP/OTP多重保護(hù)
●電流范圍:0~1A/0~5A/0~10A
●工作模式:CC、CV、CP、CR、CCD
●支持LAN通訊,LAN雙接口
●支持模擬短路、帶/卸載鎖存等功能
參數(shù)規(guī)格表
型號(hào)LS-8091A電壓60V電流5A功率50W
恒電流模式量程0-250mA0-5A分辨率16bits精度(23±5℃)0.02%+0.05%F.S.(大量程),0.02%+0.5%F.S.(小量程)
恒電壓模式量程0-60V分辨率16bits精度(23±5℃)0.02%+0.05%F.S.
恒電阻模式量程0.2~10000Ω分辨率16bits精度(23±5℃)0.1%+0.1%F.S.
恒功率模式量程0-50W分辨率16bits精度(23±5℃)0.1%+0.1%F.S.
電流測(cè)量量程0-250mA0-5A分辨率16bits精度(23±5℃)0.02%+0.05%F.S.(大量程),0.02%+0.5%F.S.(小量程)
電壓測(cè)量量程0-60V分辨率16bits精度(23±5℃)0.02%+0.05%F.S.
其他通訊接口LAN通訊響應(yīng)時(shí)間≤10ms輸入220V AC±10% ,頻率47Hz-63Hz溫度規(guī)格工作溫度:0℃-40℃;存儲(chǔ)溫度:-20℃-60℃工作環(huán)境海拔:<2000m;相對(duì)濕度:5%-90%(無(wú)結(jié)露);使用氣壓:80-110kPa●單通道輪詢測(cè)量系統(tǒng)本系統(tǒng)采用吉時(shí)利24XX系列源表+自研源表通道擴(kuò)展器可將單通道吉時(shí)利24XX系列源表拓展成24通道實(shí)現(xiàn)多通道輪詢測(cè)量
兩種測(cè)量方案的對(duì)比
多通道并行測(cè)試系統(tǒng)單通道輪詢測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度由我方提供的電子負(fù)載卡決定,具體參數(shù)見(jiàn)電子負(fù)載卡參數(shù)表與吉時(shí)利24XX測(cè)量精度一致測(cè)量方式并行測(cè)量,每一個(gè)通道可以同時(shí)測(cè)量輪詢測(cè)量,測(cè)完一個(gè)通道接著再測(cè)下一個(gè)通道可測(cè)參數(shù)無(wú)區(qū)別測(cè)量參數(shù)設(shè)置起始電壓、終點(diǎn)電壓、掃描步長(zhǎng)等每通道可獨(dú)立設(shè)置起始電壓、終點(diǎn)電壓、掃描步長(zhǎng)每通道需保持一致1.1.3、測(cè)試夾具本公司可定制通N2樣品腔體,通過(guò)密封圈進(jìn)行密封防止泄露,通過(guò)氣密性的多芯電源線引入電線到腔體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電氣接入。這種方式更容易操作。
●一體化多通道氮封控溫夾具
●供電:DC12V
●功耗:150W
●控溫范圍:降溫極限:低于室溫10℃ 升溫極限:85℃
●溫度穩(wěn)定度:±0.3
●氮?dú)饪刂茐毫Γ海?kpa
氮封夾具可按照用戶時(shí)間電池尺寸與電極分布個(gè)性化定制
●多通道分體式氮封控溫夾具常規(guī)環(huán)境下控溫:需要測(cè)試自行進(jìn)行可控的封裝電池,將電池通過(guò)水冷板、加熱板進(jìn)行電池控溫,控溫水冷測(cè)試基臺(tái)5℃-35℃,精度±1℃;控溫加熱測(cè)試基臺(tái)RT-120℃,精度±0.5℃。本公司可定制任意尺寸的水冷板和加熱板
1.2、軟件系統(tǒng)本軟件除支持以MPPT測(cè)試模式外,還增加了恒壓(如開(kāi)路電壓)和恒流老化(如短路電流)測(cè)量模式
●IV測(cè)試本軟件支持設(shè)置起始電壓、終點(diǎn)電壓、掃描步長(zhǎng)、正反IV掃描功能
●MPPT追蹤模式
運(yùn)用微擾算法,測(cè)試過(guò)程中不斷地反饋修正太陽(yáng)能電池的功率點(diǎn)位置,使電池長(zhǎng)時(shí)間保持在功率放電狀態(tài), 放電過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控輸出功率, 通過(guò)設(shè)定測(cè)試時(shí)長(zhǎng)和掃描間隔時(shí)間采集記錄功率隨時(shí)間變化的值和P-t曲線。時(shí)間顯示單位可選擇為具 體日期/天/小時(shí)/分鐘。在MPPT追蹤時(shí),在總測(cè)試時(shí)常內(nèi)(如1000小時(shí))定期掃描正反掃 IV 曲線(如每10小時(shí)掃描一次) ,記錄電池VOC、ISC、FF和PCE等四個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)隨時(shí)間變化的情況(1000小時(shí)內(nèi)100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))。注意,此時(shí)給出電池的P-t和PCE-t (正反掃)都是有意義的,P-t的數(shù)據(jù)點(diǎn)可能達(dá)到數(shù)十萬(wàn)個(gè)(如每10秒記錄一個(gè)P點(diǎn),則1000小時(shí)內(nèi)總共360000數(shù)據(jù)點(diǎn)),遠(yuǎn)多于PCE-t的數(shù)據(jù)點(diǎn)。實(shí)際上由于遲滯效應(yīng)的存在, PCE-t不論是正掃還是反掃結(jié)果都有一定誤差,P-t更準(zhǔn)確的反映了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池真實(shí)功率的變化。
●恒壓模式
與MPPT一樣要通過(guò)定期掃描IV,得到四個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)隨時(shí)間變化的情況,但電池在定期IV掃描之間,處于恒壓模式狀態(tài)。即通過(guò)源表采用恒壓模式,控制源表負(fù)載處于固定的V或動(dòng)態(tài)Vmpp,監(jiān)控器件I-t和P-t的變化情況。此時(shí)的P-t不一定是功率,但仍有一定物理意義和研究?jī)r(jià)值,尤其是針對(duì)偏壓下鈣鈦礦離子移動(dòng)的情況。其中V可設(shè)定為0- VO