概述 

       太陽能電池也叫光伏電池，其發(fā)電過程主要有三部分：D一，半導體材料吸收光能產(chǎn)生出非平衡的電子-空穴對或偶極子；第二，非平衡電子和空穴從產(chǎn)生處向勢場運動，這種運動可以是擴散運動，也可以是漂移運動；第三，非平衡電子和空穴在勢場的作用下向相反的方向運動而分離。在制作出太陽能電池后要對其進行測試和表征，以反映所得電池的性能。

       太陽能電池從研發(fā)到生產(chǎn)，每個環(huán)節(jié)都有不同的測試需求，其光電特性包括伏安 I-V特性分析對推導有關太陽能電池性能的重要參數(shù)至關重要，主要包括Z大電流 IMAX 和電壓 VMAX、開路電壓 VOC、短路電流 ISC、填充因子FF 以及轉(zhuǎn)換效率η等。

       為何選擇數(shù)字源表來進行太陽能電池的I-V測試？

       許多半導體和電子裝置測試都涉及要盡可能快地輸出電壓和測量電流。整體測試時間是由充電時間、測量時間、放電時間，以及設定和處理測試時間所組成的函數(shù)。傳統(tǒng)的電源只能輸出電壓或電流，而無法作為負載吸收能量，而數(shù)字源表（SMU）是一種可以提供完整的四象限運行的精密儀表，當工作在第2和第4象限，可以作為阱（負載）吸收能量，工作在第1和第3象限，可以作為源輸出能量，而且在源或阱模式下能同時測量電壓、電流和電阻。數(shù)字源表（SMU）綜合了電流源、電壓源、電流表、電壓表及電子負載的功能，并能夠輕松地在這些不同功能之間進行切換。這使它能夠獨立測量器件在所有四個測量象限中的I-V特性,不需要使用任何其他設備。這將極大改善測試時間、簡化整體測試系統(tǒng)設計，并提升可用性。除了能夠非常精確地輸出和測量電壓或電流輸出大小,數(shù)字源表（SMU）還具有一致性測量特性,可以限定電壓或電流輸出大小,預防器件損壞。

       普賽斯數(shù)字源表（SMU）易于整合其它設備來構建完整的測量解決方案

       自2015年開始，普賽斯致力于數(shù)字源表的研究，并于2019年S先實現(xiàn)數(shù)字源表的國產(chǎn)化，陸續(xù)推出了高精度數(shù)字源表、插卡式源表等產(chǎn)品，并聯(lián)合行業(yè)Z名廠商為用戶打造科研級單通道及多通道太陽能電池I-V測試系統(tǒng)，為光伏器件的研究、質(zhì)檢以及應用提供可靠的工具，旨在幫助科研學者節(jié)約時間用于下一個科研突破。同時提供了不同的選型配置，滿足不同功率和精度的測試需求。

       太陽能電池單通道I-V測試方案

       單通道I-V測試系統(tǒng)以普賽斯數(shù)字源表為核心，搭載3A太陽能模擬光源、測試樣品臺以及專用I-V測試軟件等組成。

圖1 太陽能電池I-V測試系統(tǒng)

       高精度數(shù)字源表：

       普賽斯S系列源表是普賽斯歷時多年打造的高精度、大動態(tài)范圍、數(shù)字觸摸的S先國產(chǎn)化源表，集電壓、電流的輸入輸出及測量等多種功能，Z大電壓300V，Z大電流1A，支持四象限工作，適用于小面積、小功率的太陽能電池片的I-V測試。而HCP系列Z大直流電流30A，Z大脈沖電流可達100A，Z大電壓50V，適用于需要大電流測試的應用場景。

       

       普賽斯數(shù)字源表支持4線測量(遠程傳感)，以避免測試引線剩余電阻導致的電壓誤差。當被測電阻與測試引線的電阻相差不大時，通過2線連接進行的測量可能出現(xiàn)嚴重的誤差。而4線測量使用一對引線驅(qū)動電流，用另一對引線監(jiān)測電壓。這樣可以消除電纜的電阻效應，從而只對被測器件上的壓降進行測量。此外，普賽斯數(shù)字源表4線測量設計可將高、低傳感點之間的電壓保持為Z定電壓 Vset，從而確保用戶在Z定的測量條件下對器件進行精確表征。使您能夠精確、輕松地測量太陽能電池的I-V參數(shù)和特性，包括短路電流ISC、開路電壓Voc和Z大功率點Pmax。

       普賽斯數(shù)字源表支持4線測量(遠程傳感)，以避免測試引線剩余電阻導致的電壓誤差。當被測電阻與測試引線的電阻相差不大時，通過2線連接進行的測量可能出現(xiàn)嚴重的誤差。而4線測量使用一對引線驅(qū)動電流，用另一對引線監(jiān)測電壓。這樣可以消除電纜的電阻效應，從而只對被測器件上的壓降進行測量。此外，普賽斯數(shù)字源表4線測量設計可將高、低傳感點之間的電壓保持為Z定電壓 Vset，從而確保用戶在Z定的測量條件下對器件進行精確表征。使您能夠精確、輕松地測量太陽能電池的I-V參數(shù)和特性，包括短路電流ISC、開路電壓Voc和Z大功率點Pmax。

圖6 普賽斯數(shù)字源表列表掃描模式使用戶可以在關注的區(qū)域?qū)μ柲茈姵剡M行表征

圖7 太陽能I-V測試軟件

       太陽能電池多通道穩(wěn)定性測試方案

       近年來鈣鈦礦太陽能電池因其創(chuàng)紀錄的高效率、低廉的制造成本而備受矚目。影響鈣鈦礦電池商業(yè)應用的主要瓶頸是其長期穩(wěn)定性，特別是光照、光+熱聯(lián)合作用下的穩(wěn)定性。目前鈣鈦礦電池常用的工作穩(wěn)定性測試方法是將電池置于1sun標準光照射下，持續(xù)Z大功率點跟蹤（MPPT），控制電池溫度為50℃左右，進行光老化測試。常規(guī)測試時間是1000小時，如仍在1sun下進行光老測試在時效性上是無法接受的，因此有必要在更高光強（＞1sun）下進行更快加速度的老化測試。

       普賽斯專為鈣鈦礦太陽能電池研究工作者量身打造的一款功能強大而齊全的多通道太陽能電池穩(wěn)定測試系統(tǒng)，光源采用可輸出1-4sun等效光強的長壽命白光LED燈，可通過多種方式對電池進行控溫（-40-150℃）并控制電池所處的環(huán)境氣氛（N2、干空、恒溫恒濕等），可以對多組電池同時進行長期的穩(wěn)定性能測試。除了傳統(tǒng)的MPPT模式以外，還增加了恒壓（如開路電壓） 和恒流老化（如短路電流）模式以增加穩(wěn)定性研究的靈活性，并集成了強大數(shù)據(jù)分析軟件可以實時查看和對比不同樣品的各項性能指標。

       該系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件部分組成，硬件包含上位機、高精度數(shù)字源表、LED光源以及軟件組成。每一個源表獨立控制一個電池，這樣可以實現(xiàn)每一個電池實時動態(tài)MPPT控制，而不是一個源表輪循控制多個電池；數(shù)字源表可采用普賽斯S系列高精度數(shù)字源表或者CS系列高精度插卡式源表產(chǎn)品搭建。

       S系列源表多通道測試方案

       該方案采用普賽斯S系列源表搭建多通道測試系統(tǒng)，S系列源表電壓范圍300uV~300V，電流范圍100pA~1A，能夠兼顧絕大多數(shù)小電池和小型模組的測試，源表的數(shù)量決定通道數(shù)量。

圖6 S系列源表多通道測試系統(tǒng)

       CS系統(tǒng)插卡源表多通道測試方案

       該方案主要采用普賽斯插卡式設備（CS1010C主機+CS100子卡 或者CS1010C主機 + CS400子卡）組建多通道測試方案，具有通道密度高、同步觸發(fā)功能強、多設備組合效率高等特點。

       CS1010C主機：采用自定義框架，背板總線帶寬高達3Gbps，支持16路觸發(fā)總線，滿足多卡設備高速率通信的需求，擁有Z高容納10字卡的插槽；

       CS100子卡：為單卡單通道子卡，具備四象限工作能力，Z大電壓30V，最小電流100pA，輸出精度達到0.1%，Z大功率為30W；配合CS1010主機最多能搭建10個測試通道；

       CS400子卡：為單卡四通道字卡，卡內(nèi)4通道共地，Z大電壓10V，Z大電流200mA，輸出精度達到0.1%，單通道Z大功率2W；配合CS1010主機最多能搭建40個測試通道；

圖7 CS系列源表多通道測試系統(tǒng)

       總結

       武漢普賽斯推出的精密型數(shù)字源表（SMU）是對太陽能電池和各種其他器件的I-V特性進行表征的Z佳解決方案。其寬廣的電流和電壓測量范圍，可以為科研及生產(chǎn)制造提供Z越的測量性能。結合太陽光模擬器以及專用的上位機軟件，支持自動掃描I-V特性曲線以及開路電壓、短路電流、Z大功率、填充因子、轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)的測量，能極大簡化太陽能電池I-V測試效率，可以比以前更精確、更輕松的表征器件。