太陽能電池特性分析與測試的幾種方法（一）

太陽能電池特性分析與測試的幾種方法（一）

太陽光模擬器用于測量太陽能電池的效率。為了表征太陽能電池在現(xiàn)實世界中的表現(xiàn)，使用有效模擬太陽光譜的太陽光源至關(guān)重要。

當(dāng)然，你可以使用真正的陽光，但是這會引入一些不可控的變量。為了可靠地測試太陽能電池，你需要在實驗室內(nèi)保持受控的條件。此外，許多太陽能電池的材料在早期的開發(fā)階段不能經(jīng)受氣候影響。由于這些原因，當(dāng)在實驗室環(huán)境中測試太陽能電池時，你應(yīng)該使用太陽光模擬器來重現(xiàn)太陽的輻照度。

為了表征太陽能電池，太陽光模擬器需要滿足關(guān)于時間穩(wěn)定性、光譜匹配性和均勻性的特定標(biāo)準(zhǔn)。我們的太陽光模擬器滿足所有這些條件，達(dá)到小面積設(shè)備的高標(biāo)準(zhǔn)(AAA)。易上手，并且我們還有太陽能電池測試套件—它將我們的太陽模擬器與我們的源測量單元和測試板結(jié)合在一起。

有幾種方法可以用來表征太陽能電池。最常見和最基本的測量方法是電流-電壓(I-V)掃描。由此，你可以得出計算太陽能電池效率所需的所有必要的設(shè)備指標(biāo)。電流-電壓掃描是一種快速測量方法。因此，重要的是要注意，在某些情況下，它不會準(zhǔn)確地代表太陽能電池在現(xiàn)實世界中的工作情況。要進(jìn)行更深入的表征或測試器件性能的穩(wěn)定性，可以進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤或電流跟蹤。

一.太陽能電池效率測量

1.伏安曲線

I-V曲線是光伏研究中的標(biāo)準(zhǔn)測量方法，如果操作正確，可以快速準(zhǔn)確地測量光伏器件的性能。

有三個度量將決定太陽能電池的效率:開路電壓(VOC)，短路電流(JSC)，以及填充因子(FF).在測量太陽能電池時，我們經(jīng)常提到電流密度，J，而不僅僅是電流，這使得研究人員可以比較具有不同活動區(qū)域的設(shè)備。一個設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)，就是指它的VOC, JSC和FF，除以太陽能電池的輻射功率(Pin).

Pin取決于你使用的光源。因此，正確校準(zhǔn)你的太陽光模擬器以復(fù)制太陽光譜是很重要的。大小應(yīng)該是 1 Sun或者1 kW/m².

您可以通過當(dāng)前電壓測量找到設(shè)備的Jsc、Voc和FF(隨后是PCE)。在這里，您將器件置于一系列電壓下，并在每個增量電壓下測量流經(jīng)器件的電流密度。這種測量會給你一個I-V曲線(或者更具體地說是J-V曲線)，它將遵循太陽能電池的等效電路模型。

使用電流密度繪制的太陽能電池的典型IV曲線。突出短路電流密度(JSC)，開路電壓(VOC)，最大功率時的電流和電壓(JMP和 VMP)，最大功率點(diǎn)(PMax)，以及填充因子(FF).

在這里，我們可以看到曲線穿過x軸的點(diǎn)相當(dāng)于 JSC，直線與y軸的交點(diǎn)定義了VOC。填充因子有點(diǎn)難以定義——它是對“方形”曲線的一種度量。曲線上有一個點(diǎn)J和V值被max以形成最大功率點(diǎn)(MP)。這些被稱為 JMP和VMP，并且它們創(chuàng)建了理論上最大可用功率的陰影矩形區(qū)域 JMP  x VMP。填充系數(shù)可通過下式定義:

你可以找到JMP和VMP通過計算出J x V最大。您可以將這些數(shù)字與 JSC和VOC計算FF。這應(yīng)該通過計算來完成，以確保一致的測量。然而，每當(dāng)您測量J-V曲線時，Ossila軟件將輸出所有設(shè)備指標(biāo)。

對于具有復(fù)雜離子行為的太陽能電池，如鈣鈦礦，使用合適的掃描速度進(jìn)行器件測試是很重要的。

為了對太陽能電池進(jìn)行最準(zhǔn)確的分類，最重要的是盡你所能校準(zhǔn)光譜輻照度。

2.功率點(diǎn)追蹤

對于顯示滯后的太陽能電池或不穩(wěn)定的太陽能電池，您可能會發(fā)現(xiàn)使用功率點(diǎn)追蹤或穩(wěn)定電流測量等測量方法來測量太陽能電池的穩(wěn)定性非常有用。這應(yīng)該會讓你更好地了解你的太陽能電池在現(xiàn)實世界中的表現(xiàn)。

功率點(diǎn)追蹤有多種定義，但對于所有穩(wěn)定測量，您需要進(jìn)行初始J-V掃描，以找到最大功率點(diǎn)(= VMP x JMP).一旦值為VMP確定后，您可以將太陽能裝置保持在此電壓，并測量測量過程中產(chǎn)生的電流。您可以在經(jīng)過設(shè)定的時間后停止測量，也可以在滿足預(yù)定的“穩(wěn)定條件”后停止測量(例如，電流輸出已經(jīng)穩(wěn)定了30秒)。后者也稱為固定電壓下的穩(wěn)定電流(SCFV)。通過將測得的電流乘以VMP，您可以實時跟蹤設(shè)備的PCE。

最大功率點(diǎn)追蹤是功率點(diǎn)追蹤的一個更復(fù)雜的版本，在穩(wěn)定測量發(fā)生的同時，VMPP被連續(xù)測量和優(yōu)化。復(fù)雜的編程系統(tǒng)不斷評估設(shè)備的最大功率點(diǎn)，并隨后將太陽能電池保持在該電壓。這種形式的最大功率點(diǎn)追蹤通常用于控制太陽能電池組件陣列的功率輸出.