CN108804774B - 一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法 - Google Patents
一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108804774B CN108804774B CN201810496363.7A CN201810496363A CN108804774B CN 108804774 B CN108804774 B CN 108804774B CN 201810496363 A CN201810496363 A CN 201810496363A CN 108804774 B CN108804774 B CN 108804774B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solar cell
- fitting
- electrochemical impedance
- equivalent circuit
- impedance spectrum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,包括以下步骤:(1)在太阳电池上施加不同的正向偏压V,对其进行电化学阻抗谱测试以获得不同偏压下的电化学阻抗谱图谱;(2)利用ZView软件构建太阳电池等效电路并拟合实验测得的电化学阻抗图谱,确定等效电路中化学电容Cμ的电学参数;(3)绘制V和Cμ的曲线图,由图确定化学电容与直流偏压成指数关系的适用条件,进而拟合正向V和lnCμ的曲线,得到太阳电池的理想因子。本发明采用电化学阻抗谱方法,实现对电池片的无损测试,结合阻抗谱拟合结果,通过公式能够直接计算出太阳电池的理想因子,提高了计算的精度,使得准确分析太阳电池的理想因子变得简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,属于太阳电池参数提取技术领域。
背景技术
光伏发电是解决目前能源紧缺和环境污染的重要途径,而太阳电池是光伏发电系统中的重要组成部分,因此研究反映太阳电池性能优劣的太阳电池参数就尤为重要。太阳电池理想因子是衡量太阳电池性能的重要依据,表征太阳电池中电流-电压特性的非理想性行为。
目前,已有的太阳电池理想因子的确定方法通常比较复杂,例如五点法、CC法、电导法等,它们虽能较为精确的求得理想因子值,但是存在计算复杂,过程繁琐的缺点。也有人利用太阳电池输出特性方程拟合实际测得的太阳电池I-V曲线的方法求解太阳电池参数,虽然简便,但易导致拟合结果误差较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,采用电化学阻抗谱方法,实现对电池片的无损测试,结合阻抗谱拟合结果,通过公式能够直接计算出太阳电池的理想因子,提高了计算的精度,使得准确分析太阳电池的理想因子变得简便。
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,包括以下步骤:
1)选择一片晶硅太阳电池片;
2)在步骤1)所选择的太阳电池片上施加不同的正向直流偏压V,使用电化学工作站对所选择的太阳电池片进行阻抗谱测试,得到不同正向直流偏压下太阳电池片的电化学阻抗图谱;在测试过程中,采用幅值为5~20mV,频率范围为1Hz到1MHz的小振幅交流电压,作为扰动;
3)采用ZView软件建立太阳电池片等效电路模型,对步骤2)测试得到的电化学阻抗图谱进行拟合,得到不同正向直流偏压下等效电路中化学电容Cμ;
4)拟合正向直流偏压V和化学电容Cμ的曲线图;
5)根据步骤4)所拟合的曲线图,确定化学电容与直流偏压成指数关系的偏压起始值V1,
6)利用化学电容与直流偏压的指数关系式确定一次关系式lnCμ=aV+b,拟合正向直流偏压V和lnCμ在V1到太阳电池片开路电压Voc的线性曲线图,得出斜率a;
7)根据a计算太阳电池片理想因子A。
前述的步骤2)中,正向直流偏压V的范围为从零到太阳电池片的开路电压Voc。
前述的步骤3)中,ZView软件建立的等效电路模型为一个电容Cμ与一个电阻Rr并联后与另一电阻Rs串联所组成,其中,Rr为复合电阻,Rs为串联电阻。
前述的拟合过程如下:
3-1)首先根据测试得到的电化学阻抗谱初步确认等效电路的合理性,具体原则为电化学阻抗谱的奈斯奎特图中第一象限中有几个弧,等效电路便有几对RC并联与之对应,通过分析观察图谱,看到晶硅电池片在奈斯奎特图中只有一个半圆弧,因此通过Rr,Cμ电路元件的并联拟合是合理的;
3-2)根据建立的等效电路模型,利用ZView软件的自动拟合功能拟合等效电路模型中各个元件参数初始值,根据误差结果调整参数值使拟合误差在5%以内;
3-3)当仅通过调整参数值无法使拟合误差小于5%时,通过增减等效电路中相应元件来调整电路模型,使拟合误差在5%以内,得到不同正向直流偏压下等效电路中化学电容Cμ具体参数。
前述的步骤5)中,化学电容与直流偏压符合公式:
其中,q为电荷量绝对值,L为太阳电池片活性层厚度,n0为平衡状态时少数载流子密度,kB为玻尔兹曼常数,T为太阳电池片温度,A为太阳电池片理想因子。
前述的步骤7)中,太阳电池片理想因子A计算如下:
本发明所达到的有益效果是:
本发明采用电化学阻抗谱方法,实现对电池片的无损测试,结合阻抗谱拟合结果,通过公式能够直接计算出太阳电池的理想因子,提高了计算的精度,使得准确分析太阳电池的理想因子变得简便。
附图说明
图1为本发明方法流程图;
图2为本发明实施例拟合的太阳电池化学电容与施加偏压的关系图;
图3为本发明实施例拟合的lnCμ与施加偏压的线性拟合曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,如图1所示,具体如下:
1)选择一片晶硅太阳电池片;
2)在步骤1)所选择的太阳电池片上施加不同的正向直流偏压V,使用电化学工作站对所选择的太阳电池片进行阻抗谱测试,测试时施加的正向直流偏压V范围为零到太阳电池片的开路电压(Voc),同时施加幅值为5~20mV,频率范围为1Hz到1MHz的小振幅交流电压,得到不同正向直流偏压下太阳电池片电化学阻抗图谱;
3)采用ZView软件建立太阳电池片等效电路模型,对步骤2)测试得到的电化学阻抗图谱进行拟合,构建的等效电路需根据拟合结果进行相应调整,即增减相应元件进行优化以使拟合误差在5%以内,得到不同正向直流偏压下等效电路中化学电容Cμ具体参数;
ZView软件建立的等效电路模型为一个电容Cμ与一个电阻Rr并联后与另一电阻Rs串联所组成,Cμ为化学电容,表示电子密度的变化和积累;Rr为复合电阻;Rs为串联电阻。
拟合过程如下:
3-1)首先根据测试得到的电化学阻抗谱初步确认等效电路的合理性,具体原则为阻抗谱的奈斯奎特图中第一象限中有几个弧,等效电路便有几对RC并联与之对应,通过分析观察图谱,可看到晶硅电池在奈斯奎特图中只有一个半圆弧,因此通过Rr,Cμ电路元件的并联拟合是合理的;
3-2)根据建立的等效电路模型,利用ZView软件的自动拟合功能拟合等效电路模型中各个元件参数初始值,根据误差结果调整参数值使拟合误差在5%以内;
3-3)当仅通过调整参数值无法使拟合误差小于5%时,就需要通过增减等效电路中相应元件来调整电路模型,例如增加电感或电阻等元件串并联,进行优化以使拟合误差在5%以内,得到不同正向直流偏压下等效电路中化学电容Cμ具体参数。
4)根据施加的不同直流偏压V和相应偏压下的化学电容Cμ,拟合V和Cμ的曲线图,从所拟合的曲线中可以看出,V在0到Voc范围内,V和Cμ并不是一直都满足指数关系,只有在较大正向偏压下太阳电池片化学电容Cμ与施加偏压V成指数关系,且符合公式
由拟合曲线确定化学电容值大小与直流偏压成指数关系的偏压起始值V1,
再拟合一次关系式lnCμ=aV+b从偏压V1到Voc的线性曲线,得出其斜率a,进而计算出理想因子A值。
理想因子A值的计算如下:
其中,Cμ为化学电容,表示电子密度的变化和积累;V为所施加的直流偏压;q为电荷量绝对值,一般为1.6×10-19C;L为太阳电池片活性层厚度;n0为平衡状态时少数载流子密度;kB为玻尔兹曼常数,一般为1.38×10-23J/K;T为太阳电池片温度,采用开尔文温度;A为太阳电池片理想因子。
实施例
1)选择一片晶硅太阳电池片;
2)在步骤1)所选择的太阳电池片上施加不同的正向偏压V,使用电化学工作站对所选择的太阳电池片进行阻抗谱测试,测试时采用小振幅交流电压为5~20mV,频率范围为1Hz到1MHz,所施加正向直流偏压V范围为零到太阳电池片的开路电压(Voc)0.64V,测试温度为25℃,得到不同正向偏压下太阳电池片电化学阻抗图谱;
3)采用ZView软件建立太阳电池等效电路模型,对步骤2)测试得到的阻抗图谱进行拟合,构建的等效电路需根据软件拟合结果进行相应调整,即增减相应元件进行优化以使拟合误差在5%以内,得到不同正向偏压下等效电路中化学电容Cμ具体参数;
由图2确定化学电容值大小与偏压成指数关系的偏压起始值V1为0.5V;
拟合一次关系式lnCμ=aV+b在偏压V范围为0.5V到0.64V的线性曲线,如图3所示,确定其斜率a为26.62,进而计算得到太阳电池理想因子A值为1.46,接近于晶硅电池理想因子的准确值,说明该测量方法具有可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)选择一片晶硅太阳电池片;
2)在步骤1)所选择的太阳电池片上施加不同的正向直流偏压V,使用电化学工作站对所选择的太阳电池片进行阻抗谱测试,得到不同正向直流偏压下太阳电池片的电化学阻抗图谱;在测试过程中,采用幅值为5~20mV,频率范围为1Hz到1MHz的小振幅交流电压,作为扰动;
3)采用ZView软件建立太阳电池片等效电路模型,对步骤2)测试得到的电化学阻抗图谱进行拟合,得到不同正向直流偏压下等效电路中化学电容Cμ;
4)拟合正向直流偏压V和化学电容Cμ的曲线图;
5)根据步骤4)所拟合的曲线图,确定化学电容与直流偏压成指数关系的偏压起始值V1,
6)利用化学电容与直流偏压的指数关系式确定一次关系式ln Cμ=aV+b,
拟合正向直流偏压V和ln Cμ在V1到太阳电池片开路电压Voc的线性曲线图,得出斜率a;
7)根据a计算太阳电池片理想因子A,计算如下:
进而计算出A;
其中,q为电荷量绝对值,L为太阳电池片活性层厚度,n0为平衡状态时少数载流子密度,kB为玻尔兹曼常数,T为太阳电池片温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,其特征在于,所述步骤2)中,正向直流偏压V的范围为从零到太阳电池片的开路电压Voc。
3.根据权利要求1所述的一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,其特征在于,所述步骤3)中,ZView软件建立的等效电路模型为一个电容Cμ与一个电阻Rr并联后与另一电阻Rs串联所组成,其中,Rr为复合电阻,Rs为串联电阻。
4.根据权利要求3所述的一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法,其特征在于,所述拟合过程如下:
3-1)首先根据测试得到的电化学阻抗谱初步确认等效电路的合理性,具体原则为电化学阻抗谱的奈斯奎特图中第一象限中有几个弧,等效电路便有几对RC并联与之对应,通过分析观察图谱,看到晶硅电池片在奈斯奎特图中只有一个半圆弧,因此通过Rr,Cμ电路元件的并联拟合是合理的;
3-2)根据建立的等效电路模型,利用ZView软件的自动拟合功能拟合等效电路模型中各个元件参数初始值,根据误差结果调整参数值使拟合误差在5%以内;
3-3)当仅通过调整参数值无法使拟合误差小于5%时,通过增减等效电路中相应元件来调整电路模型,使拟合误差在5%以内,得到不同正向直流偏压下等效电路中化学电容Cμ具体参数。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810496363.7A CN108804774B (zh) | 2018-05-22 | 2018-05-22 | 一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810496363.7A CN108804774B (zh) | 2018-05-22 | 2018-05-22 | 一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108804774A CN108804774A (zh) | 2018-11-13 |
CN108804774B true CN108804774B (zh) | 2022-02-11 |
Family
ID=64091434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810496363.7A Active CN108804774B (zh) | 2018-05-22 | 2018-05-22 | 一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108804774B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109444760A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-08 | 东莞理工学院 | 一种简便动态电化学阻抗测量方法 |
CN109828218B (zh) * | 2019-02-25 | 2020-06-09 | 清华大学 | 电池动态电化学阻抗谱的获取方法 |
CN112285519B (zh) * | 2020-10-26 | 2022-06-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法 |
CN114689656A (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-01 | 南方科技大学 | 一种电化学氢气压缩机电化学阻抗谱的测试方法 |
CN116183684A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-05-30 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种新型机载电子电气设备缓蚀剂的评价方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101493503A (zh) * | 2009-02-26 | 2009-07-29 | 韶关学院 | 用电化学阻抗谱表征电池的方法 |
KR20110105047A (ko) * | 2010-03-18 | 2011-09-26 | 한국화학연구원 | 교류 임피던스 측정에 의한 리튬이차전지의 출력 측정 방법 |
CN103633937A (zh) * | 2013-12-10 | 2014-03-12 | 南昌航空大学 | 一种基于Lambert W函数和多项式拟合的太阳电池参数提取方法 |
CN103942462A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-07-23 | 河海大学常州校区 | 一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法 |
CN104237805A (zh) * | 2014-10-09 | 2014-12-24 | 南昌航空大学 | 一种基于解析方程提取太阳电池参数的方法 |
CN107341319A (zh) * | 2017-07-24 | 2017-11-10 | 山东大学 | 一种利用数学显性模型求解太阳能电池物理参数的方法 |
CN107359860A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-11-17 | 河海大学常州校区 | 一种基于eis分析的钙钛矿太阳电池电子寿命测试方法 |
-
2018
- 2018-05-22 CN CN201810496363.7A patent/CN108804774B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101493503A (zh) * | 2009-02-26 | 2009-07-29 | 韶关学院 | 用电化学阻抗谱表征电池的方法 |
KR20110105047A (ko) * | 2010-03-18 | 2011-09-26 | 한국화학연구원 | 교류 임피던스 측정에 의한 리튬이차전지의 출력 측정 방법 |
CN103633937A (zh) * | 2013-12-10 | 2014-03-12 | 南昌航空大学 | 一种基于Lambert W函数和多项式拟合的太阳电池参数提取方法 |
CN103942462A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-07-23 | 河海大学常州校区 | 一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法 |
CN104237805A (zh) * | 2014-10-09 | 2014-12-24 | 南昌航空大学 | 一种基于解析方程提取太阳电池参数的方法 |
CN107359860A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-11-17 | 河海大学常州校区 | 一种基于eis分析的钙钛矿太阳电池电子寿命测试方法 |
CN107341319A (zh) * | 2017-07-24 | 2017-11-10 | 山东大学 | 一种利用数学显性模型求解太阳能电池物理参数的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
The Effects of Inclined Angle Modification and Diffuse Radiation on the Sun-Tracking Photovoltaic System;Zhang Zhen,et al.;《IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS》;20170930;第7卷(第5期);第1410-1415页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108804774A (zh) | 2018-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108804774B (zh) | 一种基于电化学阻抗谱测试分析太阳电池理想因子的方法 | |
CN108535661B (zh) | 一种基于模型误差谱的动力电池健康状态在线估计方法 | |
Yadav et al. | Critical aspects of impedance spectroscopy in silicon solar cell characterization: A review | |
CN111610452B (zh) | 一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计 | |
Huang | A rapid maximum power measurement system for high-concentration photovoltaic modules using the fractional open-circuit voltage technique and controllable electronic load | |
Garland et al. | Impedance spectroscopy coupled with voltammetry for quantitative evaluation of temperature and voltage dependent parameters of a silicon solar cell | |
Awni et al. | Influences of buffer material and fabrication atmosphere on the electrical properties of CdTe solar cells | |
Olayiwola et al. | Photovoltaic cell/module equivalent electric circuit modeling using impedance spectroscopy | |
CN110501643B (zh) | 一种基于Bode图对全寿命周期电池内部温度估计的方法 | |
Kandil M et al. | Investigation of the performance of CIS photovoltaic modules under different environmental conditions | |
Averbukh et al. | Obtaining small photovoltaic array operational curves for arbitrary cell temperatures and solar irradiation densities from standard conditions data | |
Bonkoungou et al. | An improved numerical approach for photovoltaic module parameters acquisition based on single-diode model | |
Gao et al. | Effects of I–V measurement parameters on the hysteresis effect and optimization in high-capacitance PV module testing | |
CN103454502A (zh) | 一种测量任意光强和温度下光伏电池串联内阻的方法 | |
Tossa et al. | Artificial intelligence technique for estimating PV modules performance ratio under outdoor operating conditions | |
Chantana et al. | Spectral mismatch correction factor for precise outdoor performance evaluation and description of performance degradation of different-type photovoltaic modules | |
McIntosh et al. | Calibration of the WCT‐100 photoconductance instrument at low conductance | |
Monokrousso et al. | IV translation procedure for higher accuracy and compliance with PERC cell technology requirements | |
Chen et al. | Flat-band potential techniques | |
CN108280287A (zh) | 一种太阳能电池参数提取的方法 | |
Ma et al. | The measurement of series and shunt resistances of the silicon solar cell based on LabVIEW | |
Yordanov et al. | Ideality factor behavior between the maximum power point and open circuit | |
Chargui et al. | Analyzing temperature-dependent electrical properties of amorphous silicon solar cells: experimental and simulation approach | |
Werner et al. | Experimental evidence for CdS-related transport barrier in thin film solar cells and its impact on admittance spectroscopy | |
El amine Aichouba et al. | Solar cell parameters extraction optimization using Lambert function |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |