CN110146801A - 一种太阳电池旁路二极管参数无损检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种太阳电池旁路二极管参数无损检测方法，能够在非破坏的情况下获取太阳电池旁路二极管参数。该检测方法包括以下步骤：1)在无光照条件下，对太阳电池样品进行测试，获取其负IV曲线；2)建立太阳电池的等效电路模型，得到太阳电池样品在无光照条件下的负IV曲线模型；3)根据实测的负IV曲线对建立的负IV曲线模型的参数进行优化，对IV曲线进行拟合；4)优化后的负IV曲线模型中即可体现所要检测的旁路二极管Dsh的参数值。本发明具有原理简单可靠、效率高、成本低、保留样品完整性的特点，其结果可以用于太阳电池损伤测试中，对太阳电池损伤效应分析提供重要数据支持。

Description

一种太阳电池旁路二极管参数无损检测方法
技术领域
本发明涉及一种太阳电池激光损伤效应参数获取方法，尤其是一种可在被测样品非破坏情况下获取太阳电池旁路二极管参数的实验方法。
背景技术
对于太阳电池，因其实际使用时往往被组成太阳电池阵，为了避免太阳电池在使用过程中出现“热斑效应”，需要给每一片太阳电池安装一支旁路二极管，从而对太阳电池阵起到一定的保护作用。如图1、图2所示，太阳电池芯片2和旁路二极管1被基板胶4粘于基板3上，其中旁路二极管1的一部分处于太阳电池芯片2和基板3之间，且太阳电池芯片2与旁路二极管1之间采用电阻焊方式进行焊接。
在太阳电池激光辐照损伤研究方面，可以通过测量器件伏安特性曲线(IV曲线)获取器件电学性能退化效应规律。上述旁路二极管的性能参数是太阳电池激光辐照效应分析甚至太阳电池阵激光辐照效应分析中的关键参数。
常规的太阳电池旁路二极管参数获取方法是采用力学破坏的方式将旁路二极管和太阳电池剥离，再对旁路二极管进行IV曲线测试，但是该方法存在一定的不足：1)力学破坏后太阳电池整体结构遭到破坏，太阳电池不完整以至于难以再进行其他性能测试，成本高；2)由于太阳电池种类多样，其结构和外形尺寸也不尽相同，旁路二极管剥离难度也有差别，可能会在剥离过程中损坏旁路二极管，从而增加较大误差。
发明内容
本发明提出一种太阳电池旁路二极管参数无损检测方法，能够在非破坏的情况下获取太阳电池旁路二极管参数。
本发明的解决方案如下：
该太阳电池旁路二极管参数无损检测方法，包括以下步骤：
1)在无光照条件下，对太阳电池样品进行测试，获取其负IV曲线；
2)建立太阳电池的等效电路模型，得到太阳电池样品在无光照条件下的负IV曲线模型为：
上式中，Is,Dsh表示旁路二极管Dsh的反向饱和电流；q表示电子电荷；n表示二极管理想因子；kB表示玻耳兹曼常数；T表示热力学温度；Rsh表示并联电阻；
3)根据步骤1)实测的负IV曲线，对步骤2)建立的负IV曲线模型的参数(包括：Rsh、Is,Dsh、n等)进行优化，对IV曲线进行拟合；
4)优化后的负IV曲线模型中，Is,Dsh即为所要检测的旁路二极管Dsh的参数值。
进一步的，步骤1)对太阳电池样品进行测试，具体是利用半导体测试分析仪给太阳电池样品外加负向偏压。
进一步的，对不同的样品进行无光照条件下负IV曲线测试，是在相同条件下进行的。
本发明具有以下有益效果：
本发明基于太阳电池等效电路模型，提出了一种在被测样品非破坏情况下获取其旁路二极管参数的方法，从而对空间辐照以及激光辐照损伤后的太阳电池参数进行测量，为太阳电池损伤效应分析提供了一种有效的参数获取方法。通过比较样品IV曲线测量结果和等效电路模型优化结果，给出样品旁路二极管参数，具有原理简单可靠、效率高、成本低、保留样品完整性的特点，其结果可以用于太阳电池损伤测试中，对太阳电池损伤效应分析提供重要数据支持。
附图说明
图1为典型太阳电池结构正视图；
图2为典型太阳电池结构剖面图；
图3为理想太阳电池等效电路图；
图4为实际典型太阳电池等效电路图；
图5为有无旁路二极管太阳电池无光照条件下负IV曲线对比；
图6为全新太阳电池无光照条件下负IV曲线实验测量与数值模拟结果对比；
图7为激光辐照损伤后太阳电池无光照条件下负IV曲线实验测量与数值模拟结果对比。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
理想太阳电池等效电路图如图3所示，由二极管D、光生电流源Iph组成，电流源Iph的电流与二极管D的电流方向相反，相当于二极管处于正向偏置，用电压源V表示半导体测试分析仪的数据采集过程。此时，半导体测试分析仪采集得到的电流(I)电压(V)关系为：
其中Iph为光生电流，ID为二极管电流，Is为二极管反向饱和电流，n为二极管理想因子，q为电子电荷，kB为玻耳兹曼常数，T为热力学温度。
而实际太阳电池的等效电路图会复杂一些，以典型的单结GaAs太阳电池为例，其等效电路图如图4所示。由于存在寄生电阻，等效电路中需增加并联电阻Rsh，为了避免出现热斑效应，太阳电池并联了一支旁路二极管，在等效电路中表示为Dsh。
当利用半导体测试分析仪给太阳电池外加正向偏压时，旁路二极管Dsh处于反向截止状态，采集得到的IV关系为：
当在无光照条件下，利用半导体测试分析仪给太阳电池外加负向偏压时，光生电流源电流值为0，二极管D处于反向截止状态，而采集得到的IV关系为：
上式中Is,Dsh为旁路二极管Dsh的反向饱和电流。
以上分析表明，利用半导体测试分析仪测量太阳电池无光照条件下的负IV曲线，再基于等效电路模型对IV曲线进行拟合，从数值模型中便可提取旁路二极管的反向饱和电流值Is,Dsh。
图5所示为无光照条件下有无旁路二极管太阳电池的负IV曲线测量结果，说明可以从无光照条件下负IV曲线中分辨出太阳电池是否有旁路二极管。
实施例一：全新三结GaAs太阳电池，旁路二极管为Si二极管。图6所示为其无光照条件下负IV曲线的实验测量和数值模拟结果，两者一致性较好，从中提取太阳电池旁路二极管的反向饱和电流Is,Dsh＝4.0×10-12A。
实施例二：激光辐照损伤后三结GaAs太阳电池，旁路二极管为Si二极管。图7所示为其无光照条件下负IV曲线的实验测量和数值模拟结果，两者一致性较好，从中提取太阳电池旁路二极管的反向饱和电流Is,Dsh＝6.0×10-12A。
本发明不局限上述具体实施例，譬如太阳电池种类、旁路二极管种类可以超出实施例中列举的类型，实验具体参数亦不限于实施例所列举数据，各种具体替换、改型等属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种太阳电池旁路二极管参数无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在无光照条件下，对太阳电池样品进行测试，获取其负IV曲线；
2)建立太阳电池的等效电路模型，得到太阳电池样品在无光照条件下的负IV曲线模型为：
上式中，Is,Dsh表示旁路二极管Dsh的反向饱和电流；q表示电子电荷；n表示二极管理想因子；kB表示玻耳兹曼常数；T表示热力学温度；Rsh表示并联电阻；
3)根据步骤1)实测的负IV曲线，对步骤2)建立的负IV曲线模型的参数进行优化，对IV曲线进行拟合；
4)优化后的负IV曲线模型中，Is,Dsh即为所要检测的旁路二极管Dsh的参数值。
2.根据权利要求1所述的太阳电池旁路二极管参数无损检测方法，其特征在于：步骤1)对太阳电池样品进行测试，具体是利用半导体测试分析仪给太阳电池样品外加负向偏压。
3.根据权利要求1所述的太阳电池旁路二极管参数无损检测方法，其特征在于：对不同的样品进行无光照条件下负IV曲线测试，是在相同条件下进行的。
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