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数字源表在太阳能电池 I-V 特性测试上面的应用

来源:admin 时间:2022-10-11 16:41 浏览量:4120

       太阳能电池也叫光伏电池,其发电过程主要有三部分:第一,半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子-空穴对或偶极子;第二,非平衡电子和空穴从产生处向势场运动,这种运动可以是扩散运动,也可以是漂移运动;第三,非平衡电子和空穴在势场的作用下向相反的方向运动而分离。在制作出太阳能电池后要对其进行测试和表征,以反映所得电池的性能。

       太阳能电池从研发到生产,每个环节都有不同的测试需求,其光电特性包括伏安 I-V特性分析对推导有关太阳能电池性能的重要参数至关重要,主要包括最大电流 IMAX 和电压 VMAX、开路电压 VOC、短路电流 ISC、填充因子FF 以及转换效率η等。

       为何选择数字源表来进行太阳能电池的I-V测试?

       许多半导体和电子装置测试都涉及要尽可能快地输出电压和测量电流。整体测试时间是由充电时间、测量时间、放电时间,以及设定和处理测试时间所组成的函数。传统的电源只能输出电压或电流,而无法作为负载吸收能量,而数字源表(SMU)是一种可以提供完整的四象限运行的精密仪表,当工作在第2和第4象限时,可以作为阱(负载)吸收能量,工作在第1和第3象限时,可以作为源输出能量,而且在源或阱模式下能同时测量电压、电流和电阻。数字源表(SMU)综合了电流源、电压源、电流表、电压表及电子负载的功能,并能够轻松地在这些不同功能之间进行切换。这使它能够独立测量器件在所有四个测量象限中的I-V特性,不需要使用任何其他设备。这将极大改善测试时间、简化整体测试系统设计,并提升可用性。除了能够非常精确地输出和测量电压或电流输出大小,数字源表(SMU)还具有一致性测量特性,可以限定电压或电流输出大小,预防器件损坏。


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       普赛斯数字源表(SMU)易于整合其它设备来构建完整的测量解决方案

       自2015年开始,普赛斯致力于数字源表的研究,并于2019年率先实现数字源表的国产化,陆续推出了高精度数字源表、插卡式源表等产品,并联合行业知名厂商为用户打造科研级单通道及多通道太阳能电池I-V测试系统,为光伏器件的研究、质检以及应用提供可靠的工具,旨在帮助科研学者节约时间用于下一个科研突破。同时提供了不同的选型配置,满足不同功率和精度的测试需求。

       单通道I-V测试方案

       单通道I-V测试系统以普赛斯数字源表为核心,搭载3A级太阳能模拟光源、夹具、温度控制器以及专用I-V测试软件等组成。可进行短路电流(Isc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)等参数的测试。


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图:单通道I-V测试系统架构图

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图:I-V测试曲线图


       多通道轮询I-V测试方案

       方案采用多通道LED光源、通道切换器以及S系列台式源表组成。S源表通过通道切换器轮询测试多颗钙钛矿电池。多通道LED光源提供模拟光源,配套多通道太阳能电池I-V测试软件提升测试效率。

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图:MPPT轮询老化测试系统架构图


       MPPT并行老化测试方案

       采用普赛斯插卡式源表(CS1010C + CS系列子卡)组建多通道老化测试方案,具有通道密度高、同步触发功能强,多设备组合效率高等特点。每个通道老化一块电池,最大可支持40个通道老化方案。系统主要分为I-V测试、MPPT追踪、V-t 测试和I-t测试四个主测试项目。

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图:MPPT并行老化测试系统架构图


       量子效率测试方案

       方案以普赛斯数字源表为核心,搭配光源系统、光栅扫描单色仪以及样品测试暗箱,可进行光谱响应度、外量子效率、内量子效率、发射率/透射率、短路电流密度等参数的测试。

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图:量子效率测试系统架构图

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图:量子效率测试曲线图


       旁路二极管热性能测试方案

       热性能测试旨在确定二极管的温度特性以及其在连续工作条件下的最大结温,将组件加热到指定温度,并施加Isc或者1.25倍的Isc脉冲电流,脉冲宽度不大于1ms,实时检测旁路二极管的正向电压。参照IEC 61215-2规范,采用普赛斯PL系列窄脉冲LIV测试系统或HCPL100高电流脉冲电源作为脉冲电流源,输出脉冲电流时可同步测量器件电压,具有源测精度高达0.1%、输出脉冲边沿陡(最小100ns)、测试效率高等优点。

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 图:普赛斯PL系列窄脉冲LIV测试系统

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图:普赛斯HCPL100高电流脉冲电源


      PID测试方案

       方案采用E系列高电压源测单元作为高压源,给太阳能电池组件的电极和金属边框施加1000V或1500V高压,测两端之间是否存在漏电流。设备采用恒压测流模式,最大电压高达3500V,最小电流低至1nA。

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       图:普赛斯E系列高电压源测单元

        电池组件测试方案

       钙钛矿电池组件通常是通过多块电池串并联形成,拥有更大电流和功率。普赛斯HCP大功率脉冲源表最大电流100A,最高功率支持5000W,能够满足大功率的电池组件I-V测试需求。

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图:普赛斯HCP系列大电流台式脉冲源表


       

       普赛斯仪表推出的精密型数字源表(SMU)是对钙钛矿太阳能电池和各种其他器件的进行电性能表征的最佳解决方案。其宽广的电流和电压测量范围,可以为科研及生产制造提供优异的测量性能。结合太阳光模拟器以及专用的上位机软件,能极大简化太阳能电池测试效率,可以更精确、更轻松的表征器件。

       关于普赛斯全系列数字源表(SMU)及应用方案的信息,欢迎随时来电咨询18140663476。


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