CN102288891B - 一种太阳电池参数提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新的太阳电池参数提取方法，用于能源技术领域。该方法包括如下步骤：1）测量太阳电池暗伏安特性曲线；2）测量太阳电池暗电导电压以及暗微分电导电压特性曲线；3）采用理论公式拟合太阳电池暗伏安特性曲线，暗电导电压特性曲线以及暗微分电导电压特性曲线，得到满足实验数据与理论公式之间标准差最小的太阳电池串联电阻、并联电阻、理想因子以及反向饱和电流。本发明较以往仅仅依靠光照下单条伏安特性（或电导电压特性）曲线拟合提取太阳电池参数，具有精度较高和应用性较强的特点。

Description

一种太阳电池参数提取方法
技术领域
本发明涉及一种参数提取方法，尤其涉及一种太阳电池参数提取方法。
背景技术
太阳电池参数（指串联电阻、并联电阻、理想因子以及反向饱和电流）提取技术得到光伏领域广泛研究，因为这些参数是衡量太阳电池品质优劣的重要依据，是衡量其光电转化效率的具体指标。目前，通常的方法是依据太阳电池光照下伏安特性曲线拟合提取参数[（查琚 等，太阳能学报，2007.28（9）：992），（Adelmo Ortiz-Conde, et al.. Solar Energy Materials & Solar Cells 2006.90: 352）, (黎步银等，一种太阳电池参数测试装置，实用新型专利号：CN101551437B)]，但由于描述光照下太阳电池的理论方程包括串联电阻等多个参数，易出现由于伏安特性曲线中某测量数据的偶然误差影响拟合结果；且由于光照条件下太阳电池伏安特性受光源的稳定性影响，易出现由于光照强度的变化产生测量数据的误差，从而导致提取的太阳电池参数出现误差。还有采用电导电压特性曲线[Z. Ouennoughi，Solid-State Electronics 1999.43: 1985]来提取太阳电池参数的方法，该方法也容易受到仅由一条特性曲线迭代提取参数中偶然误差的影响，从而降低提取结果的精确度。
所以，在此，我们提出一种基于暗伏安特性、暗电导电压特性以及暗微分电导电压特性三条曲线来提取太阳电池参数的新方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳电池参数提取方法，它比通常仅依靠光照下单条伏安特性（或单条电导电压特性）拟合提取太阳电池参数，具有精度较高和应用性较强的特点，从而解决了背景技术中存在的缺陷。
本发明是通过以下技术方案实现的，方法步骤为：
(1) 测量太阳电池的暗伏安特性曲线；
(2) 测量太阳电池暗电导电压以及暗微分电导电压特性曲线；
(3) 采用理论公式拟合太阳电池暗伏安特性曲线，暗电导电压特性曲线以及暗微分电导电压特性曲线，得到太阳电池串联电阻、并联电阻、理想因子以及反向饱和电流。
所述步骤（1）和（2）中，测试环境为暗室，测试温度为室温。
所述步骤（3）中，采用单二极管模型推导出太阳电池暗伏安特性，暗电导电压特性以及暗微分电导电压特性理论公式，依据理论公式拟合测量得到的太阳电池暗伏安特性曲线，暗电导电压特性曲线以及暗微分电导电压特性曲线，提取出满足实验数据与理论公式之间标准差最小的太阳电池串联电阻、并联电阻、理想因子以及反向饱和电流。
利用太阳电池暗伏安特性、暗电导电压特性以及暗微分电导电压特性三条曲线进行反复迭代计算得到太阳电池参数，可以减小仅由光照下一条特性曲线迭代提取参数过程中偶然数据误差的影响，从而提高参数提取结果的可靠性和精确度。
太阳电池暗伏安特性理论公式为：
Figure 2011102639251100002DEST_PATH_IMAGE001
太阳电池暗电导电压特性理论公式为：
Figure 789288DEST_PATH_IMAGE002
太阳电池暗微分电导电压特性理论公式为：
Figure 2011102639251100002DEST_PATH_IMAGE003
以上理论公式中
Figure 768745DEST_PATH_IMAGE004
是太阳电池上电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是太阳电池上电压，
Figure 673116DEST_PATH_IMAGE006
是太阳电池反向饱和电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是电荷电量，
Figure 195889DEST_PATH_IMAGE008
（
Figure DEST_PATH_IMAGE009
）是太阳电池理想因子，
Figure 134895DEST_PATH_IMAGE010
 是玻尔兹曼常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
是太阳电池结区绝对温度（常温下为300K），是太阳电池串联电阻，
Figure 19674DEST_PATH_IMAGE012
是太阳电池并联电阻；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是太阳电池电导，
Figure 411341DEST_PATH_IMAGE014
是太阳电池微分电导。
本发明的方法与传统的太阳电池参数提取方法比较有以下特点：1、同时利用太阳电池暗伏安特性曲线，暗电导电压特性曲线以及暗微分电导电压特性曲线，来提取太阳电池参数的方法，可以避免通常仅依靠光照下单条伏安特性（或单条电导电压特性）拟合提取太阳电池参数方法中测量数据的偶然误差，具有较高精度。2、利用暗室条件下的太阳电池特性曲线拟合得到参数方法，可以避免通常光照下太阳电池特性曲线中由于光照强度的变化带来的测量数据误差，具有精度较高和应用性较强的特点；3、采用单二极管模型推导出太阳电池暗伏安特性，暗电导电压特性以及暗微分电导电压特性理论公式，提取出满足实验数据与理论公式之间标准差最小的太阳电池参数，具有实施简单，容易实现特点。
本发明提供了一种精度较高和应用性较强的太阳电池参数提取方法，为目前太阳电池参数提取提供了一条有效的途径。
附图说明
图1是本发明测量和拟合单结太阳电池器件的暗伏安特性图。
图2是本发明测量和拟合单结太阳电池器件的暗电导电压特性图。
图3是本发明测量和拟合单结太阳电池器件的暗微分电导电压特性图。
具体实施方式
本发明是一种实现太阳电池参数提取方法，可以避免通常仅依靠光照下单条伏安特性（或单条电导电压特性）拟合提取太阳电池参数方法中测量数据的偶然误差，可以避免通常光照下太阳电池特性曲线中由于光照强度的变化带来的测量数据误差，实现太阳能电池参数的精确提取。
作为一个实例，我们利用该方法测量和拟合单结太阳电池样品正向电压下的电学性质。测试和拟合结果如图1、2、3所示；图1是本发明测量和拟合单结太阳电池器件的暗伏安特性图，图2是本发明测量和拟合单结太阳电池器件的暗电导电压特性图，图3是发明测量和拟合单结太阳电池器件的暗微分电导电压特性图。具体操作是，利用通常的加电压测电流的方法测量太阳电池的暗伏安特性曲线；利用电导与微分电导同步测量方法[(肖文波 等，一种电导与微分电导同步测量装置及方法，发明专利号：ZL200910186103.0]测量太阳电池暗电导电压以及暗微分电导电压特性曲线；然后，采用理论公式拟合太阳电池暗伏安特性曲线，暗电导电压特性曲线以及暗微分电导电压特性曲线，得到太阳电池串联电阻、并联电阻、理想因子以及反向饱和电流。从图1-3测量和拟合结果，可以看出符合很好。提取出的太阳电池串联电阻为0.019欧姆，并联电阻为91.91欧姆，反向饱和电流为0.004毫安；理想因子为1.6，处于理论值范围。
以上实例说明我们提出的太阳电池参数提取方法是正确的。该方法将会在目前太阳电池参数提取技术的研究当中得到一定的推广。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种太阳电池参数提取方法，其特征在于方法步骤为：
(1) 测量太阳电池的暗伏安特性曲线；
(2) 测量太阳电池暗电导电压以及暗微分电导电压特性曲线；
(3) 采用理论公式拟合太阳电池暗伏安特性曲线，暗电导电压特性曲线以及暗微分电导电压特性曲线，得到太阳电池串联电阻、并联电阻、理想因子以及反向饱和电流；
所述步骤（1）和（2）中，测试环境为暗室，测试温度为室温；
所述步骤（3）中，采用单二极管模型推导出太阳电池暗伏安特性，暗电导电压特性以及暗微分电导电压特性理论公式，依据理论公式拟合测量得到的太阳电池暗伏安特性曲线，暗电导电压特性曲线以及暗微分电导电压特性曲线，提取出满足实验数据与理论公式之间标准差最小的太阳电池串联电阻、并联电阻、理想因子以及反向饱和电流；
利用太阳电池暗伏安特性、暗电导电压特性以及暗微分电导电压特性三条曲线进行反复迭代计算得到太阳电池参数，能够减小仅由光照下一条特性曲线迭代提取参数过程中偶然数据误差的影响，从而提高参数提取结果的可靠性和精确度; 
太阳电池暗伏安特性理论公式为： 
Figure 2011102639251100001DEST_PATH_IMAGE002
太阳电池暗电导电压特性理论公式为：
Figure 2011102639251100001DEST_PATH_IMAGE004
太阳电池暗微分电导电压特性理论公式为：
Figure 2011102639251100001DEST_PATH_IMAGE006
以上理论公式中
Figure 2011102639251100001DEST_PATH_IMAGE008
是太阳电池上电流，
Figure 2011102639251100001DEST_PATH_IMAGE010
是太阳电池上电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是太阳电池反向饱和电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
是电荷电量，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
是太阳电池理想因子，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
是玻尔兹曼常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
是太阳电池结区绝对温度，其常温下为300K，Rs是太阳电池串联电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
是太阳电池并联电阻；是太阳电池电导，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是太阳电池微分电导。
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