CN104007319A - 一种多结聚光太阳能电池的等效并联电阻值的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多结聚光太阳能电池的等效并联电阻值的测量方法，是一种快速、有效的测量方法，利用本发明的方法可以得到多结聚光太阳能电池各结子电池内部等效并联电阻阻值，这将有助于对多结聚光太阳能电池的输出特性进行全面分析，同时，通过测量并联电阻阻值可以达到监控多结聚光太阳能电池半导体生产工艺的目的。

Description

一种多结聚光太阳能电池的等效并联电阻值的测量方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种多结聚光太阳能电池的等效并联电路中电阻值的测量方法。

背景技术

太阳能电池产生的部分电能会因其内部的漏电流而损失掉，该现象一般用其内部等效并联电阻来描述。对于工作在高倍聚光条件下的多结聚光太阳能电池而言，其光生电流非常大，器件内部等效并联电阻造成的漏电流现象更为严重，该并联电阻阻值的大小对其输出电流的影响不容忽视。

多结聚光太阳能电池中的各结子电池之间通过隧道二极管串联连接，因此多结电池的输出电流由最小输出电流的子电池所限制。当多结太阳能电池工作在零偏压（短路条件）时，这种电流限制行为会因各子电池内部漏电特性的不同（即各结并联电阻的不同）导致某些子电池工作于负偏压，同时另外一些子电池工作于正偏压。随着器件辐照度的增加（聚光倍数的增加），器件短路电流受到小电流子电池限制的现象会逐步显著。

一般来说，太阳能电池内部等效并联电阻越大，其填充因子和效率也越高，电池输出特性也越好；反之，电池性能会受到影响。多结聚光太阳能电池中并联电阻不够大的子电池在器件工作在短路电流附近时往往处于负电压偏置，而处于负压偏置的子电池会充当负载消耗其它子电池输出的功率，同时造成其自身温度的升高，最终影响器件的输出性能。为了对多结聚光太阳能电池的输出特性进行全面分析，有必要对其各结子电池的内部并联电阻值进行有效测量。同时，由于多结聚光太阳能电池并联电阻的大小与半导体生产工艺的关系极为密切，通过测量并联电阻阻值可以达到监控半导体生产工艺的目的。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种针对多结聚光太阳能电池各结子电池内部等效并联电阻的快速、有效测量方法，利用其测量结果对多结聚光太阳能电池的输出特性进行全面分析，实现对多结聚光太阳能电池结构及其半导体生产工艺的优化。

为解决上述技术问题，本发明提出一种多结聚光太阳能电池内部等效并联电阻值的快速、有效提取方法，具体包括：

步骤（1）、针对多结聚光太阳能电池各结子电池建立双二极管等效电路模型，并将其串联构成多结电池模型，设置多结电池模型中各结子电池等效并联电阻R_shi的初始条件：R_shi=∞，其中， i为多结电池PN结序号，i=1,2，...,n；

步骤（2）、利用实际测量的特定温度下多结电池各结子电池的外量子效率（EQE）数据和多结电池接收表面的辐照光谱数据计算多结电池各结的短路电流I_sci（i=1,2，...,n, i为多结电池PN结序号），并将各结子电池的短路电流I_sci作为输入数据代入步骤（1）得到的等效电路模型，并结合实际测量的多结聚光太阳能电池I-V曲线（在确定的C和T条件下测得）对等效电路模型中的未知参数进行拟合，提取有效参数值（这些参数值对于较宽范围内的C和T均适用），同时得到整个多结电池的短路电流I_sc；

步骤（3）、令各结子电池的输出电流I_L=I_sc,代入步骤（1）和步骤（2）的等效电路模型，可以得到各结子电池的工作电压V_i；

步骤（4）、针对每结子电池，将通过步骤（3）得到的工作点（I_L，V_i)与各结相应短路电流工作点（I_sci，0）进行连线，各结子电池对应连接线的斜率绝对值作为各结子电池的并联电阻R_shi； 

步骤（5)、将步骤（4）得到的R_shi代入步骤（1）中的等效电路模型，即更新各结子电池并联电阻的初始条件，并重复步骤（2）-（4），进行多次迭代，直到得出的各结并联电阻阻值与其初始条件之间的差值满足相应容差要求，即得到最终各结子电池的并联电阻阻值。

根据本发明所述方法，可以快速、有效地得到多结聚光太阳能电池各结子电池内部等效并联电阻阻值，这将有助于对多结聚光太阳能电池的输出特性进行全面分析，同时，通过测量并联电阻阻值可以达到监控多结聚光太阳能电池半导体生产工艺的目的。

 附图说明

图1是本发明中多结聚光太阳能电池内部等效电路示意图；其中，Rs1-Rs3分别为三个子电池的串联电阻，D11—D31分别用来表征三个子电池内中性区的载流子复合机制，D12—D32分别用来表征三个子电池内耗尽区和边界区的载流子复合机制；

图2是本发明多结聚光太阳能电池I-V测量结果、根据模型计算得到的各结子电池I-V曲线及各结并联电阻的提取结果；

图3是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此未构成冲突就可以相互组合。

本发明提出的实现方法可以按照下列步骤进行但不局限其实现顺序：

a) 针对GaInP/GaInAs/Ge三结聚光太阳能电池建立图1所示等效电路模型示意图。其中电流源I_sci为各结子电池的短路电流，用来描述各结电池的光生电流；二极管D_i1用来描述各结子电池耗尽区的载流子复合情况；二极管D_i2用来描述各结子电池中性区及非钝化边界的载流子复合情况；串联电阻R_si用来描述各结子电池中的串联损耗；并联电阻R_shi用来描述各结子电池中的漏电流损耗。设置该模型中各结子电池等效并联电阻的初始条件：R_shi=∞（i=1,2，3,为三结电池PN结序号）。

b) 利用实际测量的特定温度下GaInP/GaInAs/Ge三结电池各结子电池的外量子效率（EQE）数据和三结电池接收表面的辐照光谱数据计算多结电池各结的短路电流I_sci（i=1,2，3,为三结电池PN结序号）,并将其作为输入数据代入a）得到的电路模型，并结合实际测量的三结聚光太阳能电池I-V曲线（在确定的C和T条件下测得）对其等效电路模型中的未知参数进行拟合，提取有效参数值，这些参数值对于较宽范围内的C和T均适用；同时根据三结聚光太阳能电池I-V曲线得到整个三结电池的短路电流I_sc。

c)令各结子电池的输出电流I_L=I_sc,代入步骤a）和b）确定的模型，可以得到各结子电池的工作电压V_i。图2给出了各结并联电阻的迭代计算结果，从图中可以看出，Ge子电池的短路电流较高，由于其并联电阻阻值较低，使得其相比于其它两结子电池短路电流的多出部分会因其并联电阻造成的漏电流损失掉，对电池输出性能造成影响。

d) 针对各结子电池，将通过步骤c）得到的工作点（I_L，V_i)与各结相应短路电流工作点（I_sci，0）进行连线，各结子电池对应连接线的斜率绝对值认定为各结子电池的并联电阻R_shi；

e) 将步骤d）得到的R_shi代入步骤a）中的电路模型，即更新各结子电池并联电阻的初始条件，进而重复步骤b）- d），进行多次迭代，直到得出的各结并联电阻阻值与其初始条件之间的差值满足相应容差要求，即得到最终各结子电池的并联电阻阻值。

综上所述，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (1)

1.一种多结聚光太阳能电池的等效并联电阻值的测量方法，其特征在于：包括以下内容，

步骤（1）、针对多结聚光太阳能电池各结子电池建立双二极管等效电路模型，并将各结子电池的模型串联构成多结电池模型，设置多结电池模型中各结子电池等效并联电阻R_shi的初始条件：R_shi=∞，其中，i为多结电池PN结序号，i=1,2，...,n；

步骤（2）、利用实际测量的多结电池各结子电池的外量子效率EQE数据和多结电池接收表面的辐照光谱数据计算多结电池各结的短路电流I_sci，i为多结电池PN结序号，i=1,2，...,n,并将各结子电池的短路电流I_sci作为输入数据代入步骤（1）得到的等效电路模型，并结合实际测量的多结聚光太阳能电池I-V曲线对等效电路模型中的未知参数进行拟合，提取有效参数值，同时得到整个多结电池的短路电流I_sc；

步骤（3）、令各结子电池的输出电流I_L=I_sc,代入步骤（1）和步骤（2）的等效电路模型，得到各结子电池的工作电压V_i；

步骤（4）、针对每结子电池，将通过步骤（3）得到的工作点（I_L，V_i)与各结相应短路电流工作点（I_sci，0）进行连线，各结子电池对应连接线的斜率绝对值作为各结子电池的并联电阻阻值R_shi；

步骤（5)、将步骤（4）得到的R_shi作为初始条件代入步骤（1）中的等效电路模型，更新各结子电池并联电阻的初始条件，并重复步骤（2）-（4），进行多次迭代，直到得出的各结子电池的并联电阻阻值与上一次迭代计算得到的阻值结果之间的差值满足相应容差要求，得到最终各结子电池的并联电阻阻值。