CN113054908B - 一种太阳电池的电性能测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳电池的电性能测试方法，属于太阳电池测试领域，其特征在于：测出待测太阳电池的串联电阻Rs；在亮场条件下测出光电流值Iph；计算等效亮场条件下的电压值Up和电流值Ip；根据等效亮场IV曲线，或等效亮场条件下的电压值和电流值获得测试结果；暗场条件下的测试时间大于亮场条件下的测试时间。延长暗场IV测试时间消除太阳电池电容效应对电性能测试结果的影响；由于光生电流的测试几乎不受容性效应影响，相当于电容两端短路，所以亮场测试时间可以很短。暗场IV测试时间加长，并不需要增加光源负担，更不会导致光照射电池而引起温升，可在光照射时间不明显增加的情况下，有效降低电容效应带来的测试偏差。

Description

一种太阳电池的电性能测试方法
技术领域
本发明属于太阳电池测试领域，尤其涉及一种太阳电池的电性能测试方法。
背景技术
太阳电池在受到光辐照时可以发电，本质上是一个p-n结，太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流；这就是光电效应太阳电池的工作原理。
根据半导体知识，p-n结均有扩散电容和势垒电容，因此太阳电池也有电容效应，电容效应，会影响太阳电池的电性能测试结果；太阳电池的电性能测试，包括有光照条件下的亮场测试，和无光或弱光照下的暗场测试。电性能测试的结果，一般包括IV曲线，以及开路电压Voc,短路电流Isc，峰值功率Pmax,串联电阻Rs,并联电阻Rsh,填充因子FF，逆向电流Irev等等。其中，IV曲线、Isc、Voc、Pmax等主要在亮场下测绘，Rs与Rsh可在暗场测试也可亮场测试，Irev主要在暗场下测试。
由于太阳电池线上产量庞大，而太阳电池的定价与电性能测试结果有关，因此，即使轻微的测试偏差，对太阳电池厂家而言也会造成巨大的经济损失。目前光伏行业内，是通过增加光照射时间，降低电容效应的对亮场测试结果的影响；光照射时间越长，电容效应的影响越小；但光照射时间增加后，会急剧降低光源寿命，增加光源电路系统负荷和能耗，降低测试节拍，导致被测太阳电池的温度上升，而温度上升又会导致电性能测试的准确度降低。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种可以在光照射时间不明显增加的情况下有效降低电容效应带来的测试偏差的太阳电池的电性能测试方法。
本发明所述太阳电池的电性能测试方法，包括测出待测太阳电池的串联电阻Rs；所述串联电阻是待测太阳电池在串联电路回路中表现出电阻特性，一般由太阳电池栅线与基片的接触电阻，基片内部电阻，扩散区薄层电阻等导致；在亮场条件下测出待测太阳电池的光电流值Iph；所述亮场条件是指有满足特定辐照度要求的光，照射待测太阳电池；所述光电流值Iph是太阳电池在光照射时产生的总电流；
在暗场条件下测出待测太阳电池的电压值Ud和电流值Id；所述暗场条件是指无光，或者有小于亮场条件下辐照度值二分之一的光照射待测太阳电池；
计算等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip；所述等效亮场是指根据暗场条件的测试结果等效计算出的亮场数据，并非真正的亮场；
根据等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip绘制等效亮场IV曲线的全部或部分；全部或部分根据实际情况来确定，Isc在亮场下已经测试，可以将Isc点纳入曲线，此时是绘制曲线的部分。
根据等效亮场IV曲线，或等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip获得太阳电池的电性能测试结果；
所述暗场条件下的测试时间大于亮场条件下的测试时间。
进一步，本发明所述太阳电池的电性能测试方法，所述计算等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip的公式为：
Up＝Ud-Rs*Iph；
Ip＝Iph-Id。
进一步，本发明所述太阳电池的电性能测试方法，所述光电流值通过待测太阳电池的短路电流值Isc获得。
进一步，本发明所述太阳电池的电性能测试方法，所述在暗场条件下测出待测太阳电池的电压值Ud和电流值Id时，在待测太阳电池两端加正向电压，其产生的电流与光生电流方向相反。
进一步，本发明所述太阳电池的电性能测试方法，所述串联电阻Rs的测试是在以下之一或其任意组合下测试：暗场条件下测试、亮场不同辐照度条件下测试或亮场条件下测试。
进一步，本发明所述太阳电池的电性能测试方法，所述暗场条件下的测试为I到V模式，和/或V到I模式。
本发明所述太阳电池的电性能测试方法，通过在暗场测出主要的电压和电流值，然后在亮场条件下测出光生电流，再结合太阳电池的串联电阻即可获得等效亮场条件下全部或部分的IV曲线和电性能测试结果。为了消除太阳电池电容效应对电性能测试结果的影响，可以延长暗场IV测试时间；由于光生电流的测试几乎不受容性效应影响，相当于电容两端短路，所以亮场测试时间可以很短。暗场IV测试时间加长，并不需要增加光源负担，更不会导致光照射电池而引起温升。因此，可以在光照射时间不明显增加的情况下，有效降低电容效应带来的测试偏差。
附图说明
图1为本发明实施例所述太阳电池的电性能测试方法中亮场条件下太阳电池等效电路结构示意图；
图2为本发明实施例所述太阳电池的电性能测试方法中暗场条件下太阳电池等效电路结构示意图；
图3为本发明实施例所述太阳电池的电性能测试方法中拟合曲线示意图。
具体实施方式
下面通过附图及实施例对本发明所述太阳电池的电性能测试方法进行详细说明。
本发明所述太阳电池的电性能测试方法，包括测出待测太阳电池的串联电阻Rs；在亮场条件下测出待测太阳电池的光电流值Iph；所述光电流值Iph是太阳电池在光照射时产生的总电流；然后在暗场条件下测出待测太阳电池的电压值Ud和电流值Id；根据公式：Up＝Ud-Rs*Iph；Ip＝Iph-Id；计算等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip；根据等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip绘制等效亮场IV曲线；根据等效亮场IV曲线，或等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip获得太阳电池的电性能测试结果(如Rs是Voc点附近的曲线斜率，Rsh是Isc点附近的曲线斜率，Pmax是曲线I*V极大值)；在本公开实施例中，所述暗场条件下的测试时间大于亮场条件下的测试时间。
如图1所示太阳电池在亮场测试时的公知等效电路图，将太阳电池cell等效为恒流源，Iph为太阳电池的光电流；D为太阳电池等效p-n结，C为太阳电池的等效电容，Rsh为太阳电池的等效并联电阻，D、C、Rsh构成一个集合；亮场集合电压为Updc,亮场集合电流为Ipdc；Rs为太阳电池的串联电阻，上述部分构成了待测太阳电池的等效电路；该电路外接负载电阻Ro，其负载电阻阻值可以受控变化；Up是负载电阻的亮场采集电压，Ip是负载电阻的亮场采集电流。串联电阻Rs的测试是在以下之一或其任意组合下测试：暗场条件下测试、亮场不同辐照度条件下测试或亮场条件下测试；在实际应用中还可采用Sunsvoc方法、双次闪光法，其中双次闪光法测试速度较慢。
在亮场条件下进行IV测试时，光照射在太阳电池表面，负载电阻Ro两端电压从小到大(系I到V模式；在V到I模式时Ro两端电压从大到小)，过程中Ip逐步减少，Up逐步增加，根据Ip与Up值，可获得亮场IV曲线和相关电性能测试结果。
根据太阳电池在亮场条件下测试时的公知等效电路图，获得如下公式：
Iph＝Ipdc+Ip 公式①；
Updc＝Up+Ip*Rs 公式②；
如图2所示为太阳电池在暗场条件下测试时的公知等效电路；与亮场下相同，D、C、Rsh构成一个集合，暗场集合电压为Uddc,暗场集合电流为Iddc；Rs为太阳电池的串联电阻，上述部分构成了暗场条件下待测太阳电池的等效电路；该电路外接负载电阻Ro，和电源E；Ud为太阳电池的暗场采集电压，Id为太阳电池的暗场采集电流。
在暗场条件进行测试时，电源E驱动回路产生电流，负载电阻Ro两端电压从大到小(在本实施例中为V到I模式；采用I到V模式时Ro两端电阻从小到大)，过程中Id与Ud逐步增大，根据Id与Ud值，可获得暗场IV曲线和相关电性能测试结果。
根据太阳电池在暗场条件下测试时的公知等效电路图，获得如下公式：
Iddc＝Id 公式③
Uddc＝Ud-Id*Rs 公式④
由于暗场时，与负载电阻连接的电源可以调节，实现：
Iddc＝Id＝Ipdc 公式⑤
因为集合内元件均为并联关系，此时，必然有：Uddc＝Updc公式⑥
将公式②和公式④带入公式⑥有：
Updc＝Up+Ip*Rs＝Uddc＝Ud-Id*Rs，再整理后有Up＝Ud-(Id+Ip)*Rs，再结合公式⑤和公式①有：Up＝Ud-Iph*Rs公式⑦
由于公式⑦中，Iph难以测试，可以用亮场下、Ro处于极小值时的Ip值近似，此时的Ip为短路电流Isc。
在本公开实施例中，所述亮场是指用光谱接近AM1.5,辐照度接近1000W/m2的光，照射待测太阳电池；所述暗场是指照射待测太阳电池的光小于50W/m2；在亮场条件下测出太阳电池的光电流值Iph；此过程中，控制负载电阻Ro,使其电阻值极小，接近OΩ，从太阳电池在亮场测试时的公知等效电路图上可知，此时Rs与集合、cell并联，由于太阳电池的Rs很小，一般小于5mΩ，而且一般的负载电阻都有过零补偿，集合会被短路，Ipdc无限接近0,因此，此时所采集的Ip与Iph等同,即Iph＝Ip；
测出太阳电池的串联电阻Rs；串联电阻Rs的测试目前有多种方案，如下表1所示：
表1
Figure GDA0003917036010000051
在本实施例中优选暗场，在-Isc点横线与暗场IV曲线交点附近，IV曲线斜率方法，Rs＝▽U/▽I。
在暗场IV测试，测出太阳电池的电压值Ud、电流值Id；暗场测试是通过电源在太阳电池两端加正向电压Ud，测试太阳电池的电流Id；电源电位高的电极与太阳电池的P结相连接。
在此过程中负载电阻Ro两端电压变化方式不同，常见的扫描模式如下表2所示：
表2
Figure GDA0003917036010000052
所述Ud与Id为绝对值；在本实施例中采用I到V模式；采集并存储Ud与Id数组；将Rs、Iph、Ud、Id带入公式计算，获得等效亮场下电压值Up、电流值Ip；
Ip＝Iph-Id；
Up＝Ud-Rs*Iph；
其中光电流值用短路电流值Isc近似表征；
将等效亮场下电压值Up数组、电流值Ip数组绘制、拟合IV曲线的全部。
如图3所示，曲线Dark为暗场Ud与Id数组的拟合曲线，曲线Dark_1是将曲线Dark整体向上平移Iph距离，则曲线Dark_1的任一点b,曲线Dark的任一点c,电流与电压关系是：
Id_b＝Iph-Id_c；此时，Id_c＝Iddc＝Ipdc；
Ud_b＝Ud_c；
在将曲线Dark_1中，保持电流值不动，电压值按照Up＝Ud-Rs*Iph处理，可以计算出等效亮场曲线Photo_1，该曲线上任一点a，与点b、点c的电流与电压关系是：
Ip_a＝Id_b＝Iph-Id_c；
Up_a＝Ud_b-Rs*Iph＝Ud_c-Rs*Iph；
根据等效亮场IV曲线Photo_1，或等效亮场下电压值Up、电流值Ip，获得全部IV曲线和部分的电性能测试结果，在本实施例中拟合等效亮场IV曲线的全部，并获得Pmax、Isc、Voc、FF、EFF等数据，Rsh依旧优选在暗场下测出。
采用本实施例所述方法测试结果如下表3所示，如上图所示，与真实亮场的测试结果非常接近。
表3
Figure GDA0003917036010000061
Figure GDA0003917036010000071

Claims (6)

1.一种太阳电池的电性能测试方法，其特征在于：
测出待测太阳电池的串联电阻Rs；
在亮场条件下测出待测太阳电池的光电流值Iph；
在暗场条件下测出待测太阳电池的电压值Ud和电流值Id；
计算等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip；
根据等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip绘制等效亮场IV曲线的全部或部分；
根据等效亮场IV曲线，或等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip获得太阳电池的电性能测试结果；
所述暗场条件下的测试时间大于亮场条件下的测试时间。
2.根据权利要求1所述太阳电池的电性能测试方法，其特征在于：所述计算等效亮场条件下待测太阳电池的电压值Up和电流值Ip的公式为：
Up=Ud-Rs*Iph；
Ip=Iph-Id。
3.根据权利要求2所述太阳电池的电性能测试方法，其特征在于：所述光电流值通过待测太阳电池的短路电流值Isc获得。
4.根据权利要求3所述太阳电池的电性能测试方法，其特征在于：所述在暗场条件下测出待测太阳电池的电压值Ud和电流值Id时，在待测太阳电池两端加正向电压，其产生的电流与光生电流方向相反。
5.根据权利要求4所述太阳电池的电性能测试方法，其特征在于：所述串联电阻Rs的测试是在以下之一或其任意组合下测试：暗场条件下测试、亮场不同辐照度条件下测试或亮场条件下测试。
6.根据权利要求5所述太阳电池的电性能测试方法，其特征在于：所述暗场条件下的测试为I到V模式，和/或V到I模式。
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