基于超薄锗量子点薄膜太阳能电池的输出特性测

太阳能是自然界中存在的最为广泛最为清洁的能源形式，同时对人类而言是取之不尽的安全能源，基于锗量子点薄膜的太阳能电池能够实现高效率的太阳能转换。太阳能电池作为小型的电源在交通信号灯、路灯等多个应用场所具有重要的应用价值。作为电源而言，其中最为重要的就是电源的输出特性，因此本文对设计的太阳能电池进行了输出特性测试，结果表明，所设计的太阳能电池符合实际的要求，具有一定的应用价值。

1 工作原理与特性分析

1.1 工作原理

太阳能电池测试装置由太阳能电池、能量转换电路、电能存储以及供电电源等部件构成。其中太阳能电池是系统的测试对象，实现太阳能与电能之间的转换；能量管理电路的目的是进行电压信号的调理，保证输出波形的稳定性，以5V的电压进行能量的存储。

1.2 输出特性测试

太阳能电池的输出电压电流不稳定，因此需要设计对应的调理电路保证检测系统可以稳定进行电池输出参数的度量，并实现对电池输出性能的表征。本实验在实验于2019年7月8日进行，地点为扬州工业职业技术学院实训楼电子实验室进行，测试的电池基于锗量子点薄膜，电压输出动态范围为2V，最大输出电流为440mA。在实验过程中对一天不同时间段的太阳光强度下的电池输出，间隔半小时用数字万用表进行输出电压、电流的测量。根据测试的结果显示，电池的电压以及电流与所处时段具有密切的关系，在下午3点左右，电池的输出电压以及输出电流达到了最大值，电压达到了1.0982V，电流为0.1098A，对各个点的测试结果采用绘图软件进行了电池的输出功率与时间关系的曲线。在仿真分析中，采用下午3点的输出电流以及电压数据作为研究对象，并表征电池的特性。

2 能量管理电路

2.1 能量处理电路设计

光伏电池的性能与工作环境具有密切的关系，因此会出现输出不稳定的现象。为了能够解决这个问题，设计了基于LTC3108-1芯片为核心的能量处理电路实现对电源的有效管理，电路本身功耗极低，并可以完成多余能量的连续输出。输出电路中根据芯片的功能选择了3.3V作为输出电压，并采用NI仿真软件进行电路工作参数的设置，通过仿真软件测试得到，太阳能电池的稳定输出电压为3.3V，输出纹波小数较小，达到了预期的设计目标。

2.2 升压电路设计

目前大部分移动终端以及控制系统的工作电压或者充电电压典型值都为5V，因此能量控制电路的输出电压需要设计有升压功能，以实现DC/DC升压变换，升压电路采用的核心器件是CE8301，是一种低电压启动，宽电压输出范围的芯片，外围电路中采用了二极管、电阻、电容等器件构成功能电路，芯片输入为3.3 V，输出纹波小数较小的电压，输出端稳定输出5 V 电压。

3 装置整体测试

为了能够检测太阳能电池的特性，在实际使用过程中将设计好的两块基于锗量子点太阳能电池进行串联，形成供电电源，并通过升压电路实现输出电压的提升以及稳压。在下午三点，太阳光最强的时候进行实际充电测试，充电对象为手机，充电过程中保证太阳能电池能够稳定最大面积正对太阳光，测试结果表明，在2S以后，手机显示处于充电状态。如图1所示。

图1 实际测试图

4 结语

本文设计主要是检测了基于锗量子点太阳能电池的输出特性，分析了太阳能电池的功率、电压、电流与时间的关系，并绘制了输出特性曲线表征电池的性能。为了能够进行稳定测试，针对光伏电池的输出特性设计了能量管理电路，包括基于LTC3108-1芯片的能量处理电路及基于CE8301芯片的5 V升压电路，通过仿真测试验证电路的可行性与稳定性。对装置进行整体测试，测试结果显示：该装置输出电能可供智能手机正常充电，达到设计要求。

[1]李宁，王晓兵.浅谈太阳能电池的动态模型和动态特性[J].科技创新与应用，2016(29).

[2]赵志刚，李晓黔.串并联个数和温度对光伏电池结电容的影响研究[J].系统仿真学报，2015(06).

[3]蔡冬阳，钱康.基于DIgSILENT的光伏电池双二极管反向模型研究[J].电源技术，2014(04).

[4]许鹏，侯金明，苑登阔.基于双二极管模型的光伏阵列模型优化设计[J].计算机仿真，2013(11).

[5]孔祥雨，徐永海，杨琳.一种求解光伏电池5参数模型的方法[J].电力系统保护与控制，2013(22).

太阳能是自然界中存在的最为广泛最为清洁的能源形式，同时对人类而言是取之不尽的安全能源，基于锗量子点薄膜的太阳能电池能够实现高效率的太阳能转换。太阳能电池作为小型的电源在交通信号灯、路灯等多个应用场所具有重要的应用价值。作为电源而言，其中最为重要的就是电源的输出特性，因此本文对设计的太阳能电池进行了输出特性测试，结果表明，所设计的太阳能电池符合实际的要求，具有一定的应用价值。1 工作原理与特性分析1.1 工作原理太阳能电池测试装置由太阳能电池、能量转换电路、电能存储以及供电电源等部件构成。其中太阳能电池是系统的测试对象，实现太阳能与电能之间的转换；能量管理电路的目的是进行电压信号的调理，保证输出波形的稳定性，以5V的电压进行能量的存 输出特性测试太阳能电池的输出电压电流不稳定，因此需要设计对应的调理电路保证检测系统可以稳定进行电池输出参数的度量，并实现对电池输出性能的表征。本实验在实验于2019年7月8日进行，地点为扬州工业职业技术学院实训楼电子实验室进行，测试的电池基于锗量子点薄膜，电压输出动态范围为2V，最大输出电流为440mA。在实验过程中对一天不同时间段的太阳光强度下的电池输出，间隔半小时用数字万用表进行输出电压、电流的测量。根据测试的结果显示，电池的电压以及电流与所处时段具有密切的关系，在下午3点左右，电池的输出电压以及输出电流达到了最大值，电压达到了1.0982V，电流为0.1098A，对各个点的测试结果采用绘图软件进行了电池的输出功率与时间关系的曲线。在仿真分析中，采用下午3点的输出电流以及电压数据作为研究对象，并表征电池的特性。2 能量管理电路2.1 能量处理电路设计光伏电池的性能与工作环境具有密切的关系，因此会出现输出不稳定的现象。为了能够解决这个问题，设计了基于LTC3108-1芯片为核心的能量处理电路实现对电源的有效管理，电路本身功耗极低，并可以完成多余能量的连续输出。输出电路中根据芯片的功能选择了3.3V作为输出电压，并采用NI仿真软件进行电路工作参数的设置，通过仿真软件测试得到，太阳能电池的稳定输出电压为3.3V，输出纹波小数较小，达到了预期的设计目标 升压电路设计目前大部分移动终端以及控制系统的工作电压或者充电电压典型值都为5V，因此能量控制电路的输出电压需要设计有升压功能，以实现DC/DC升压变换，升压电路采用的核心器件是CE8301，是一种低电压启动，宽电压输出范围的芯片，外围电路中采用了二极管、电阻、电容等器件构成功能电路，芯片输入为3.3 V，输出纹波小数较小的电压，输出端稳定输出5 V 电压。3 装置整体测试为了能够检测太阳能电池的特性，在实际使用过程中将设计好的两块基于锗量子点太阳能电池进行串联，形成供电电源，并通过升压电路实现输出电压的提升以及稳压。在下午三点，太阳光最强的时候进行实际充电测试，充电对象为手机，充电过程中保证太阳能电池能够稳定最大面积正对太阳光，测试结果表明，在2S以后，手机显示处于充电状态。如图1所示。图1 实际测试图4 结语本文设计主要是检测了基于锗量子点太阳能电池的输出特性，分析了太阳能电池的功率、电压、电流与时间的关系，并绘制了输出特性曲线表征电池的性能。为了能够进行稳定测试，针对光伏电池的输出特性设计了能量管理电路，包括基于LTC3108-1芯片的能量处理电路及基于CE8301芯片的5 V升压电路，通过仿真测试验证电路的可行性与稳定性。对装置进行整体测试，测试结果显示：该装置输出电能可供智能手机正常充电，达到设计要求。【参考文献】[1]李宁，王晓兵.浅谈太阳能电池的动态模型和动态特性[J].科技创新与应用，2016(29).[2]赵志刚，李晓黔.串并联个数和温度对光伏电池结电容的影响研究[J].系统仿真学报，2015(06).[3]蔡冬阳，钱康.基于DIgSILENT的光伏电池双二极管反向模型研究[J].电源技术，2014(04).[4]许鹏，侯金明，苑登阔.基于双二极管模型的光伏阵列模型优化设计[J].计算机仿真，2013(11).[5]孔祥雨，徐永海，杨琳.一种求解光伏电池5参数模型的方法[J].电力系统保护与控制，2013(22).

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