光譜儀應用 | 光伏材料的 NIR 光譜分析
在實驗室環境條件下,使用光譜分析技術分析用于薄膜光伏面板的專用鍍膜玻璃樣品在1200-2100納米范圍內的反射率。通過評估反射率,有助于了解光伏面板中的光損失區域,這對于通過抗反射涂層和玻璃摻雜劑等材料提高能量轉換效率至關重要。
一、研究背景
緊湊型模塊化光譜儀是光伏材料研究與生產領域的理想工具,廣泛應用于太陽能電池材料的評估以及太陽能電池組件生產過程中的質量控制。
海洋光學研究了近紅外(NIR)光譜法作為一種測量光伏面板(組件)所用材料反射率的方法。一家薄膜光伏面板制造商委托海洋光學對其幾種專有鍍膜玻璃樣品進行近紅外反射率分析。測量范圍為1200-2100納米,實驗在實驗室常規光照條件下進行。
由于光伏面板的吸收特性對太陽能電池效率至關重要,因此測量面板邊緣及其他區域的反射率是評估這些部位光損失的有效手段。制造商可能會評估包括減反射涂層和玻璃摻雜劑在內的多種材料,以提高能量轉換效率。
二、實驗條件
緊湊型鍍膜玻璃樣品的反射率分析采用了定制化的海洋光學(Ocean Optics)近紅外(NIR)光譜儀,該光譜儀配備100微米入射狹縫,并針對1200-2100納米波長范圍進行了優化。(如今,預配置的NIRQuest+2.2型號光譜儀,其測量范圍為900-2200納米,是更優的選擇。)采樣裝置包括一個鎢鹵素光源、400微米反射探頭和一個光學平臺。測量時使用鏡面反射標準作為參考,光譜儀操作軟件完成了整個實驗設置。
玻璃樣品以未鍍膜面朝下的方式放置在樣品支架上,以確保探頭能夠通過玻璃測量鍍膜的反射率。光學平臺將探頭定位為90°,以測量鏡面反射。測量在常規照明條件下進行。高功率鎢鹵素光源提供了360-2000納米范圍內的連續照明。反射探頭尖端與樣品表面的距離測量為約7.0厘米,以模擬實際生產環境。
海洋光學NIR Quest+系列光譜儀采用增強型光學平臺設計,具有高靈敏度性能,能夠在900-2500納米的近紅外波長范圍內實現低檢測限。NIR Quest+具備出色的熱穩定性,適用于實驗室或生產線環境(例如傳送帶),其高靈敏度允許用戶在更短的積分時間內獲取所需光譜數據。此外,在長波長范圍內(如太陽能電池材料的評估),NIR Quest+能夠在低噪聲水平下測量漫反射,從而在難以捕捉明顯光譜特征的波長范圍內獲得更清晰的光譜數據。
三、實驗結果
樣品的反射光譜顯示,所有五個樣品的反射值均隨波長增加而逐漸上升,并在約2000納米處達到峰值(見圖1)。此外,在波長范圍的低端和高端,反射率最低和最高的樣品之間的差距相對較小,而在約1700納米附近觀察到最大的反射率變化。光譜數據未經過平均或箱式平滑處理。
圖1. NIR鏡面反射測量揭示了用于光伏面板的鍍膜玻璃樣品的光譜差異。
鍍膜樣品的反射強度在低波長處約為25%,而在高波長處可高達80%。這些值是相對于鏡面反射標準的響應而言的,該標準在整個近紅外波長范圍內具有近乎“平坦”的反射率。
四、實驗結論
隨著光伏材料開發者不斷追求電池效率的提升,對便捷分析工具的需求尤為迫切,這些工具用于評估鍍膜玻璃、摻雜劑及其他材料的性能。近紅外(NIR)光譜儀等光學傳感系統能夠靈活配置,既適用于研發實驗室,也可應用于生產線。 通過近紅外光譜法,可以測量鍍膜玻璃樣品之間的鏡面反射率,并與已知反射率標準進行對比。由此,利用海洋光學(Ocean Optics)光譜儀及其配套附件,可以推斷樣品鍍膜的太陽光捕獲效率。
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