太阳能光伏电池电气性能的评测

）点，曲线下方的面积表示不同电压下电池能够产生的最大输出功率。我们可以利用基本的测量工具（例如安培计和电压源），或者集成了电源和测量功能的仪器（例如数字源表或者源测量单元SMU），生成这种I-V曲线图。为了适应这类应用的需求，测试设备必须能够在PV电池测量可用的量程范围内提供电压源并吸收电流，同时，提供分析功能以准确测量电流和电压。简化的测量配置如图2所示。

　　电池电流（mA）/最大功率面积/电池电压

　　图2.该曲线给出了PV电池的典型正偏特性，其中最大功率（PMAX）出现在最大电流（IMAX）和最大电压（VMAX）的交叉点。

　　太阳能电池

　　图3.对太阳能电池进行I-V曲线测量的典型系统，由一个电流源和一个伏特计组成。

　　测量系统应该支持四线测量模式。采用四线测量技术能够解决引线电阻影响测量精度的问题。例如，可以用其中一对测试引线提供电压源，用另一对引线测量流过电池的电流。重要的是要把测试引线放在距离电池尽可能近一些的地方。

　　图4给出了利用SMU测出的一种被照射的硅太阳能电池的真实直流I-V曲线。由于SMU能够吸收电流，因此该曲线通过第四象限，并且支持器件析出功率。

　　图4.正偏（被照射的）PV电池的这种典型I-V曲线表示输出电流随电压升高而快速上升的情形。

　　其它一些可以从PV电池直流I-V曲线中得出的数据表征了它的总体效率——将光能转换为电能的好快程度——可以用一些参数来定义，包括它的能量转换效率、最大功率性能和填充因数。最大功率点是最大电池电流和电压的乘积，这个位置的电池输出功率是最大的。

　　填充因数（FF）是将PV电池的I-V特性与理想电池I-V特性进行比较的一种方式。理想情况下，它应该等于1，但在实际的PV电池中，它一般是小于1的。它实际上等于太阳能电池产生的最大功率（PMAX=IMAXVMAX）除以理想PV电池产生的功率。填充因数定义如下：

　　FF=IMAXVMAX/(ISCVOC)

　　其中IMAX=最大输出功率时的电流，VMAX=最大输出功率时的电压，ISC=短路电流，VOC=开路电压。

　　转换效率是光伏电池最大输出功率（PMAX）与输入功率（PIN）的比值，即：

　　h=PMAX/PIN

　　PV电池的I-V测量可以在正偏（光照下）或反偏（黑暗中）两种情况下进行。正偏测量是在PV电池照明受控的情况下进行的，光照能量表示电池的输入功率。用一段加载电压扫描电池，并测量电池产生的电流。一般情况下，加载到PV电池上的电压可以从0V到该电池的开路电压（VOC）进行扫描。在0V下，电流应该等于短路电流（ISC）。当电压为VOC时，电流应该为零。在如图1所示的模型中，ISC近似等于负载电流（IL）。

　　PV电池的串联电阻（rs）可以从至少两条在不同光强下测量的正偏I-V曲线中得出。光强的大小并不重要，因为它是电压变化与电流变化的比值，即曲线的斜率，就一切情况而论这才是有意义的。记住，曲线的斜率从开始到 最后变化很大，我们所关心的数据出现在曲线的远正偏区域（far-forwardregion），这时曲线开始表现出线性特征。在这一点，电流变化的倒数与电压的函数关系就得出串联电阻的值：

　　rs=ΔV/ΔI

　　到目前为止本文所讨论的测量都是对暴露在发光输出功率下，即处于正偏条件下的PV电池进行的测量。但是PV器件的某些特征，例如分流电阻（rsh）和漏电流，恰恰是在PV电池避光即工作在反偏情况下得到的。对于这些I-V曲线，测量是在暗室中进行的，从起始电压为0V到PV电池开始击穿的点，测量输出电流并绘制其与加载电压的关系曲线。利用PV电池反偏I-V曲线的斜率也可以得到分流电阻的大小（如图5所示）。从该曲线的线性区，可以按下列公式计算出分流电阻：

　　rsh=ΔVReverseBias/ΔIReverseBias

　　V反偏/用于估算rsh的线性区/ΔI反偏/ΔV反偏/logI反偏

　　图5.利用PV电池反偏I-V曲线的斜率可以得到PV电池的分流电阻。

　　除了在没有任何光源的情况下进行这些测量之外，我们还应该对PV电池进行正确地屏蔽，并在测试配置中使用低噪声线缆。

　　电容测量

　　与I-V测量类似，电容测量也用于太阳能电池的特征分析。根据所需测量的电池参数，我们可以测出电容与直流电压、频率、时间或交流电压的关系。例如，测量PV电池的电容与电压的关系有助于我们研究电池的掺杂浓度或者半导体结的内建电压。电容-频率扫描则能够为我们寻找PV衬底耗尽区中的电荷陷阱提供信息。电池的电容与器件的面积直接相关，因此对测量而言具有较大面积的器件将具有较大的电容。

C-V测量测得的是待测电池的电容与所加载的直流电压的函数关系。与I-V测量一样，电容测量也采用四线技术以补偿引线电阻。电池必须保持四线连接。测试配置应该包含带屏蔽的同轴线缆，其屏蔽层连接