概述 

       太陽(yáng)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(dǎo)體材料吸收光能產(chǎn)生出非平衡的電子-空穴對(duì)或偶極子；第二，非平衡電子和空穴從產(chǎn)生處向勢(shì)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，也可以是漂移運(yùn)動(dòng)；第三，非平衡電子和空穴在勢(shì)場(chǎng)的作用下向相反的方向運(yùn)動(dòng)而分離。在制作出太陽(yáng)能電池后要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和表征，以反映所得電池的性能。

       太陽(yáng)能電池從研發(fā)到生產(chǎn)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有不同的測(cè)試需求，其光電特性包括伏安 I-V特性分析對(duì)推導(dǎo)有關(guān)太陽(yáng)能電池性能的重要參數(shù)至關(guān)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(jìn)行太陽(yáng)能電池的I-V測(cè)試？

       許多半導(dǎo)體和電子裝置測(cè)試都涉及要盡可能快地輸出電壓和測(cè)量電流。整體測(cè)試時(shí)間是由充電時(shí)間、測(cè)量時(shí)間、放電時(shí)間，以及設(shè)定和處理測(cè)試時(shí)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(fù)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(yùn)行的精密儀表，當(dāng)工作在第2和第4象限，可以作為阱（負(fù)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(shí)測(cè)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(fù)載的功能，并能夠輕松地在這些不同功能之間進(jìn)行切換。這使它能夠獨(dú)立測(cè)量器件在所有四個(gè)測(cè)量象限中的I-V特性,不需要使用任何其他設(shè)備。這將極大改善測(cè)試時(shí)間、簡(jiǎn)化整體測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并提升可用性。除了能夠非常精確地輸出和測(cè)量電壓或電流輸出大小,數(shù)字源表（SMU）還具有一致性測(cè)量特性,可以限定電壓或電流輸出大小,預(yù)防器件損壞。

       普賽斯數(shù)字源表（SMU）易于整合其它設(shè)備來構(gòu)建完整的測(cè)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(shí)現(xiàn)數(shù)字源表的國(guó)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(jí)單通道及多通道太陽(yáng)能電池I-V測(cè)試系統(tǒng)，為光伏器件的研究、質(zhì)檢以及應(yīng)用提供可靠的工具，旨在幫助科研學(xué)者節(jié)約時(shí)間用于下一個(gè)科研突破。同時(shí)提供了不同的選型配置，滿足不同功率和精度的測(cè)試需求。

       太陽(yáng)能電池單通道I-V測(cè)試方案

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

圖1 太陽(yáng)能電池I-V測(cè)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(shí)多年打造的高精度、大動(dòng)態(tài)范圍、數(shù)字觸摸的S先國(guó)產(chǎn)化源表，集電壓、電流的輸入輸出及測(cè)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(yáng)能電池片的I-V測(cè)試。而HCP系列Z大直流電流30A，Z大脈沖電流可達(dá)100A，Z大電壓50V，適用于需要大電流測(cè)試的應(yīng)用場(chǎng)景。

       

       普賽斯數(shù)字源表支持4線測(cè)量(遠(yuǎn)程傳感)，以避免測(cè)試引線剩余電阻導(dǎo)致的電壓誤差。當(dāng)被測(cè)電阻與測(cè)試引線的電阻相差不大時(shí)，通過2線連接進(jìn)行的測(cè)量可能出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差。而4線測(cè)量使用一對(duì)引線驅(qū)動(dòng)電流，用另一對(duì)引線監(jiān)測(cè)電壓。這樣可以消除電纜的電阻效應(yīng)，從而只對(duì)被測(cè)器件上的壓降進(jìn)行測(cè)量。此外，普賽斯數(shù)字源表4線測(cè)量設(shè)計(jì)可將高、低傳感點(diǎn)之間的電壓保持為Z定電壓 Vset，從而確保用戶在Z定的測(cè)量條件下對(duì)器件進(jìn)行精確表征。使您能夠精確、輕松地測(cè)量太陽(yáng)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(diǎn)Pmax。

       普賽斯數(shù)字源表支持4線測(cè)量(遠(yuǎn)程傳感)，以避免測(cè)試引線剩余電阻導(dǎo)致的電壓誤差。當(dāng)被測(cè)電阻與測(cè)試引線的電阻相差不大時(shí)，通過2線連接進(jìn)行的測(cè)量可能出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差。而4線測(cè)量使用一對(duì)引線驅(qū)動(dòng)電流，用另一對(duì)引線監(jiān)測(cè)電壓。這樣可以消除電纜的電阻效應(yīng)，從而只對(duì)被測(cè)器件上的壓降進(jìn)行測(cè)量。此外，普賽斯數(shù)字源表4線測(cè)量設(shè)計(jì)可將高、低傳感點(diǎn)之間的電壓保持為Z定電壓 Vset，從而確保用戶在Z定的測(cè)量條件下對(duì)器件進(jìn)行精確表征。使您能夠精確、輕松地測(cè)量太陽(yáng)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(diǎn)Pmax。

圖6 普賽斯數(shù)字源表列表掃描模式使用戶可以在關(guān)注的區(qū)域?qū)μ?yáng)能電池進(jìn)行表征

圖7 太陽(yáng)能I-V測(cè)試軟件

       太陽(yáng)能電池多通道穩(wěn)定性測(cè)試方案

       近年來鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其創(chuàng)紀(jì)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(yīng)用的主要瓶頸是其長(zhǎng)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(cè)試方法是將電池置于1sun標(biāo)準(zhǔn)光照射下，持續(xù)Z大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT），控制電池溫度為50℃左右，進(jìn)行光老化測(cè)試。常規(guī)測(cè)試時(shí)間是1000小時(shí)，如仍在1sun下進(jìn)行光老測(cè)試在時(shí)效性上是無法接受的，因此有必要在更高光強(qiáng)（＞1sun）下進(jìn)行更快加速度的老化測(cè)試。

       普賽斯專為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究工作者量身打造的一款功能強(qiáng)大而齊全的多通道太陽(yáng)能電池穩(wěn)定測(cè)試系統(tǒng)，光源采用可輸出1-4sun等效光強(qiáng)的長(zhǎng)壽命白光LED燈，可通過多種方式對(duì)電池進(jìn)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(duì)多組電池同時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)期的穩(wěn)定性能測(cè)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(qiáng)大數(shù)據(jù)分析軟件可以實(shí)時(shí)查看和對(duì)比不同樣品的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

       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(jī)、高精度數(shù)字源表、LED光源以及軟件組成。每一個(gè)源表獨(dú)立控制一個(gè)電池，這樣可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)電池實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)MPPT控制，而不是一個(gè)源表輪循控制多個(gè)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(cè)試方案

       該方案采用普賽斯S系列源表搭建多通道測(cè)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)

       CS系統(tǒng)插卡源表多通道測(cè)試方案

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

       CS1010C主機(jī)：采用自定義框架，背板總線帶寬高達(dá)3Gbps，支持16路觸發(fā)總線，滿足多卡設(shè)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(dá)到0.1%，Z大功率為30W；配合CS1010主機(jī)最多能搭建10個(gè)測(cè)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(dá)到0.1%，單通道Z大功率2W；配合CS1010主機(jī)最多能搭建40個(gè)測(cè)試通道；

圖7 CS系列源表多通道測(cè)試系統(tǒng)

       總結(jié)

       武漢普賽斯推出的精密型數(shù)字源表（SMU）是對(duì)太陽(yáng)能電池和各種其他器件的I-V特性進(jìn)行表征的Z佳解決方案。其寬廣的電流和電壓測(cè)量范圍，可以為科研及生產(chǎn)制造提供Z越的測(cè)量性能。結(jié)合太陽(yáng)光模擬器以及專用的上位機(jī)軟件，支持自動(dòng)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(cè)量，能極大簡(jiǎn)化太陽(yáng)能電池I-V測(cè)試效率，可以比以前更精確、更輕松的表征器件。