在本系统设计中，由于光谱响应信号极其微弱，很容易被噪声淹没，因此对单色光频率

的稳定性、电信号后期处理都提出了很高的要求，对于信号检测模块，自行设计微弱信号检
测电路。其性能需要通过实验来校验，如果不能满足要求，再购置 SR830。

对于斩波器模块，流行采用 SR540，是基于倍频技术制成，同时还提供一个斩波频率输

出，本系统设计时，采用自行设计的光学斩波器。若不能满足测试需要，再购置 SR540。

本论文以三结太阳能电池作为研究对象，将多结太阳能电池光谱响应中的单色激励光

源、光偏置、电偏置理论与技术作为重要内容进行研究。为今后开展单片叠层多结太阳能电
池光谱响应测试理论与技术深入研究提供可供参考的理论依据和方法。

关键测试技术分析

多结太阳能电池光谱响应测试覆盖 350～1900nm 波段，因此在测试中需要满足光源具有

宽广波段的要求，尤其是紫外单色光强度不够问题。

又由于内部多个子电池（以三结为例）通过隧道二极管串联而成，中间没有抽头。对其

测试只能通过对多结太阳能电池整体进行测试，而且，也只有通过整体测试才能得到准确的
结果。在整体测试过程中各个 P/N 结之间的光特性和电特性互相影响，现有的太阳能电池光
谱响应测量系统无法实现对多结太阳能电池光谱响应的测量。因此，如何不受其他结子电池
影响地测试某一结子电池的光谱响应，是一个重点，也是一个难点。

本论文开展单片叠层多结太阳能电池光谱响应测试理论与技术研究，将多结太阳能电池

光谱响应中的单色激励光源、光偏置、电偏置理论与技术作为重要内容进行研究，解决好测
试过程中遇到的单色光光谱范围过窄、紫外单色光强度不够、信噪比过低、各个 P/N 结之间
的光特性和电特性互相影响等关键技术问题。针对单片叠层多结太阳能电池的特点，我们提
出的电池光谱响应测试解决方案，主要集中以下三个方面：

4.1 采用宽光谱范围的激励光源

国内现有的太阳能电池光谱响应测量范围是 400～1100nm，而多结太阳能电池的光谱响

应范围为 350～1900nm，这样就要求能够产生与之波长范围相适应的激励光源──单色仪。
因为单色仪光源辐照度分布是非常不均匀的，特别是在光谱响应范围的短波长处，辐照度很
微弱，这对后续信号采集、处理提出了严峻的挑战。

为了解决光谱响应范围覆盖问题，将传统单光栅单色仪换成三光栅单色仪作为激励光

源，提高短波长的辐照强度，另一方面，提高电信号检测的灵敏度以及信噪比，从而解决宽
光谱范围信号接收问题。

4.2 采用光偏置技术

相互串联的多结太阳能电池的各单结太阳能电池有其自己的光谱响应区间，当某一波长

单色光照在多结太阳能电池表面上时只能激活其中的一结太阳能电池并产生光谱响应，而其
它结电池没有被激活，此时整体光谱响应短路电流输出是零，无法实现光谱响应测量。只有
通过合理的光偏置才有可能实现多结太阳能电池的光谱响应测量。

具体地讲，每一结子电池只对某一特定波长范围的入射光线具有光电响应，并且在规定

的使用条件下产生一定的光电流。例如，多结太阳能电池要求在 AM0 照射条件下使用，按照
光谱响应测试要求，被测的某一结子电池应该施加一定的直流光偏置，使其短路电流达到或
者接近在 AM0 照射条件的短路电流。与此同时，其他子电池必须施加更强的直流光偏置，使
它们的短路电流均超过被测子电池的短路电流，否则该被测子电池对交变单色光的响应根本
无法输出。因此，偏置光控制是本课题需要重点解决的问题之一。

测量不同子电池时，必须能够改变偏置光的辐照度分布，使其达到规定的照度要求。

因此，对于具有三结子电池的太阳能电池偏置光技术，除了引入交变的单色光光源外，还需
要引入三组直流偏置光源，通过滤光片来确定其输出光的波段；并分别作用于对相应波段有
响应的子电池。通过滤光片选取响应的光谱范围，通过可变光阑改变其辐照度分布，从而满