德國研究團隊利用紅外攝影機測量太陽能電池性能

一款專門用於紅外線攝影的相機，亦可用來測量太陽能電池的性能。德國的研究人員展示，通過使用濾鏡及仔細的校準，市面上的相機可以捕捉到在施加電壓下，太陽能電池所發出的微弱光線，並將其轉化為有關電池質量的數據。此項研究由斯圖加特大學、尤利希研究中心及斯圖加特太陽能中心的團隊進行，目的是使用更為普及的設備進行通常需昂貴工業相機才能完成的定量測量。

電致發光揭示電池質量

當電流施加於太陽能電池時，會發出紅外光。這一過程稱為電致發光，能揭示出電池或模組內部的質量差異，而這些差異在普通照片中是無法看見的。研究人員使用一種稱為電致發光量子效率的指標來評估這種發射，該指標與電池的電壓直接相關。一般來說，數值越高，表示太陽能電池的性能越佳。然而，單靠圖像無法提供可靠的效率測量，必須對相機對光的反應進行理解和校準，才能將圖像中每部分記錄的亮度轉化為定量結果。

研究人員維爾納表示：「電致發光圖像包含的定量資訊遠遠超過單純顯示亮區和暗區。」

消費級相機的潛力

他補充道：「通過合適的物理相機模型和校準，能提供絕對的發光量子效率，從而獲得太陽能電池或模組的局部質量資訊。」在這項研究中所使用的相機本身已適用於紅外成像，因為其沒有大多數商業相機內部的紅外阻擋膜。這類經修改的相機也用於拍攝夜空和創作藝術性紅外影像。研究人員在相機鏡頭前放置了一個長通濾鏡，以減少可見背景光，使相機能更清晰地記錄太陽能電池的紅外發射。他們隨後利用相機的物理響應模型及校準來分析圖像的亮度。

作者尤根·維爾納表示：「我們的研究顯示，即使是相對便宜的消費級相機，只要其物理響應被適當建模和校準，也能提供定量結果。」這一結果表明，捕捉圖像所需的設備僅是測量的一部分，瞭解相機如何響應所接收到的光，才能從該圖像中提取有意義的數值。研究團隊接下來計劃在其他太陽能電池和模組上使用校準後的相機。他們希望測量這些電池的量子效率和開路電壓，而這些數據尚未被表徵。維爾納表示：「我們的下一步是利用校準後的相機來確定進一步未被表徵的太陽能電池和模組的量子效率及開路電壓。」

他補充道：「同樣的模型應該也適用於光致發光測量，並可能適用於在日光下進行的測量。」這些應用仍屬於未來工作。目前，該研究顯示瞭如何通過修改的商業相機，配合濾鏡和校準，產生有關太陽能電池質量的定量資訊。該研究已發表在《應用物理學雜誌》上。

項目	規格
相機類型	消費級相機
應用	紅外線攝影

紅外攝影技術的應用前景

這項研究展示了紅外攝影技術在太陽能電池性能測量中的潛力，特別是使用消費級相機進行定量分析的可行性。這不僅降低了測量成本，還使得更多研究機構能夠進行相關實驗。隨著對太陽能技術的需求不斷增長，這種方法的普及可能會促進更高效的太陽能電池開發，進一步推動可再生能源的應用與發展。研究團隊的未來計劃也表明，這項技術的應用範圍可能會擴展至其他類型的電池測試，增強其在能源領域的影響力。