[发明专利]一种消除内部电容影响的太阳能电池电性能快速测试方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池生产和研发领域，具体为太阳能电池电性能测试方法。

背景技术

太阳能电池的测试与表征在太阳能电池的研发和生产中都有重要作用，电性能的测量是太阳能电池测试的一个重要方面，I-V曲线能够反映出太阳能电池的很多电性能参数，其中最大输出效率P_m，输出功率最大时的电压V_m和电流I_m，开路电压V_oc和短路电流I_SC，填充因子FF，串联电阻R_s和并联电阻R_sh等太阳能电池的重要参数都能从I-V曲线里直接或通过简单处理得到。 

准确快速测量I-V曲线是得到太阳能电池各个重要参数的关键，I-V曲线测试的一个常用方法是平衡电桥补偿电路法，即给待测电池加上一个扫描电压并测出通过电池的电流，即可作出I-V曲线。图1为太阳能电池I-V曲线测试原理图，图中虚线框内为太阳能电池的等效电路，该电路由反映P-N结特性的二极管D和反映光电流效应的恒流源Iph等元件组成，太阳能电池的内部电容效应可以等效为电路里的Cs和Csh两个电容器。图2为扫描电压示意图，电压改变后经过一定的延迟时间Td进行电流测量，测量动作经历时间为Tt。

可以消除内部电容影响的太阳能电池电性能的快速测试方法，其特征为保持扫描速度和各测量点的电压设定值相同的条件下进行正反方向两次电压扫描。

对于晶硅太阳能电池而言，内部电容效应很小，可以忽略，而对于一些新型电池，如铜铟镓硒（CIGS）等薄膜太阳能电池，染料敏化太阳能电池（DSSC）等，内部电容比较大，对I-V曲线的影响比较显著，这表现为不同的扫描速度和扫描方向得到的结果有较大的误差，特别是在最佳功率点附近误差最大，如图3所示。这是因为当扫描电压变化后，由于电容的存在，电流的变化将滞后于电压的变化。故欲得到接近真实的测量数据应减慢扫描速度，即图2中的延迟时间Td要增大，当电容效应很强时较大的Td将使I-V曲线测量的速度带来严重影响，不利于工业上的快速测量。为了能够快速准确地测量出太阳能电池的I-V曲线，我们在传统I-V测试硬件的基础上进行了测量方法上的创新。

发明内容

本发明目的是，为了提供一种能够消除太阳能电池内部电容影响的快速测量太阳能电池电性能的方法。 

本发明技术方案：消除内部电容影响的太阳能电池电性能快速测试方法，本发明主要在测量方法上作了改进，单一方向进行电压扫描（电压由大变小或由小变大进行扫描）测量出各电压下的电流之后再进行相反方向的电压扫描（电压由小变大或由大变小进行扫描），再次得出对应电压下的电流，取两次扫描相同电压下的电流值的算术平均作为该电压下的最终电流测量值，作出I-V曲线。

以这个I-V曲线为基础算出太阳能电池各关键电性能参数。这样虽然测量两遍I-V曲线，但是最终结果没有受到待测太阳能电池内部电容的影响，每次测量的Td可以很小或不用延迟时间，故测量速度大大提升。

由I-V曲线的单调性我们可以知道，在某次测量的电压扫描过程中，电容是处于充电或放电的单一状态，如果电压从高到低进行扫描时，电容在整个测量过程中应处于放电状态，反之则处于充电状态。假定在测量时电池性能没有变化，等效电路不变，各参量的数值均不变，充放电过程电流随时间的变化规律也应不变。设电容充电时电压从V1变为V2，放电时从V2变为V1，则两个过程的电流为

                                                                     （1）

                    （2）

可见

                                        （3）

其中r_c为与电容串联的电阻阻值，C为电容器的电容，t为电压变化后至电流测量时的时间，I₀为稳定电流，即没有电容影响时的电流。由于两者的平均值为稳定时的电流，故测量时两个方向分别扫描取对应电流平均值的I-V曲线即为电池稳定工作时的I-V曲线。图4是电压改变时电流的变化，当电压刚改变时，电流偏离平衡值较大，一段时间后慢慢达到平衡值，而不同的扫描方向电流偏离平衡值的方向不一样，两个方向的偏离值刚好为零，和上面的公式一致。

以内部电容效应较强的染料敏化太阳能电池为试验对象验证了本发明的效果，测量系统硬件部分如图5所示，具体步骤参看“具体实施方式”部分。