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)備的最高標(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(PMax)，以及填充因子(FF).

在這里，我們可以看到曲線穿過x軸的點相當(dāng)于 JSC，直線與y軸的交點定義了VOC。填充因子有點難以定義——它是對“方形”曲線的一種度量。曲線上有一個點J和V值被max以形成最大功率點(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(= 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。

最大功率點追蹤是功率點追蹤的一個更復(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，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追蹤通常用于控制太陽能電池組件陣列的功率輸出.