异质结电池IV曲线的测试方法和测试装置

技术领域

本发明涉及太阳能电池测试技术领域，具体涉及一种异质结电池IV曲线的测试方法和测试装置。

背景技术

太阳能电池制造过程中，对太阳能电池的电性能的准确测试至关重要，它有助于分析生产出来的太阳能电池高低档位的差异，找到差异的原因并进行工艺上的改进。

目前太阳能电池的测试方法都是模拟太阳光和外加负载测试。模拟器模拟1000辐照度的太阳光打光，太阳能电池在接收光照的同时与负载并联，在刚开始负载从零慢慢增大的过程中，因为负载的阻值较小，所以电流几乎都从负载流过而不通过并阻，此时负载的电流就代表太阳能电池的电流；随着负载阻值的增大，当增大到一定程度并逼近无穷大时，串阻两端的电压便可忽略不计，负载两端的电压就代表太阳能电池的电压。数据体现在坐标系上(横坐标x代表电压，纵坐标y代表电流)，会形成一条由左向右并逐渐向x轴弯曲的曲线，这一条曲线即为太阳能电池的伏安特性曲线，也叫IV曲线。目前的测试方式，均通过IV曲线算出电池性能的各项参数。

在异质结太阳电池中，两侧的栅线电极、上下两层透明导电膜、N型掺杂薄膜、P型掺杂薄膜、以及N型硅衬底上下两层起钝化作用的本征非晶硅薄膜和N型硅衬底等效为一个电容器。多层薄膜和N型硅衬底构成电容器的介电介质；这个电容的形成会导致迟滞效应的产生，进而对测试造成影响，影响测试准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何消除由迟滞效应引入的测试误差的问题。

本发明提供一种异质结电池IV曲线的测试方法，包括如下步骤：对异质结电池进行初始正向扫描和初始反向扫描，分别获得初始正扫电流-电压曲线和初始反扫电流-电压曲线；根据所述初始正扫电流-电压曲线和所述初始反扫电流-电压曲线，计算获得正扫功率曲线和反扫功率曲线，所述正扫功率曲线和所述反扫功率曲线在功率-电压坐标系中形成封闭区域；用垂直于电压轴的若干直线将所述封闭区域分为若干封闭子区域；根据所述封闭子区域面积变化，对异质结电池进行二次正向扫描和二次反向扫描，经二次正向扫描和二次反向扫描分别形成二次正向电流-电压曲线和二次反向电流电压曲线，其中：在各所述封闭子区域处，二次正向扫描的时间和二次反向扫描的时间与对应所述封闭子区域的面积呈正比；拟合所述二次正向电流-电压曲线和所述二次反向电流电压曲线得到最终电流-电压曲线。

可选的，所述初始正向扫描的时间与所述初始反向扫描的时间之和为20ms～40ms；所述二次正向扫描的时间与所述二次反向扫描的时间之和为80ms～160ms。

可选的，将所述第一扫描时间分成若干第一子扫描时间，所述第一子扫描时间与所述封闭子区域一一对应；各所述第一子扫描时间占所述第一扫描时间的比率等于各所述封闭子区域的面积占所述封闭区域的面积的比率；将所述第二扫描时间分成若干第二子扫描时间，所述第二子扫描时间与所述封闭子区域一一对应，各所述第二子扫描时间占所述第二扫描时间的比率等于各所述封闭子区域的面积占所述封闭区域的面积的比率。

可选的，所述封闭子区域在所述电压轴上等间距的分布为第一区至第M区，M为大于或等于2的整数。

可选的，M为700～800。

可选的，对异质结电池进行初始正向扫描的测试条件包括：辐照度为900W/m

可选的，所述正向扫描的范围为从0伏到开路电压，所述反向扫描的范围为从开路电压到0伏。

本发明还提供一种异质结电池IV曲线的测试装置，用于实施上述的异质结电池IV曲线的测试方法，包括：扫描时间控制单元，所述扫描时间控制单元用于控制对异质结电池进行正向扫描时的第一扫描时间；和，用于控制对异质结电池进行反向扫描时的第二扫描时间；时间划分单元，所述时间划分单元用于将所述封闭区域分为若干封闭子区域；计算单元，所述计算单元用于计算获得正扫功率曲线和反扫功率曲线，以及拟合所述二次正向电流-电压曲线和所述二次反向电流-电压曲线，得到最终电流-电压曲线。

可选的，所述扫描时间控制单元包括：第一扫描时间控制单元和第二扫描时间控制单元；所述第一扫描时间控制单元用于控制对异质结电池进行正向扫描时的第一扫描时间；所述第二扫描时间控制单元用于控制对异质结电池进行反向扫描时的第二扫描时间。

可选的，所述时间划分单元包括：输入模块，所述输入模块用于输入所述封闭子区域的数量。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

由于异质结电池的膜层结构较多，电容较大，迟滞效应强；而迟滞效应越强，要想准确测试所需要的时间就越长。如果扫描时间不够，在正向扫描的时候由于有一部分电流会给电容器充电，所以收集到的电流低于真实值，在反向扫描的时候电容器会向外放电所以收集到的电流会高于真实值。如果有足够的时间扫描，完全可以等到充放电结束再进行电流电压的采集。从初始正向扫描下的初始正扫电流-电压曲线和初始反向扫描下的初始反扫电流-电压曲线可知:最大功率点附近受电容影响较大，所以最大功率点附近需要更长的扫描时间来消除电容的迟滞效应。

本发明技术方案提供的异质结电池IV曲线的测试方法，通过正扫功率曲线和反扫功率曲线在功率-电压坐标系中形成封闭区域；用垂直于电压轴的若干直线将所述封闭区域分为若干封闭子区域，封闭子区域的面积越大，此部分的电容的迟滞效应的影响越大；封闭子区域的面积越小，此部分的电容的迟滞效应的影响越小。由此，可以对异质结电池进行二次正向扫描和二次反向扫描，在各封闭子区域处，二次正向扫描的时间和二次反向扫描的时间与对应所述封闭子区域的面积呈正比，以应对不同的电容迟滞效应；经二次正向扫描和二次反向扫描形成二次正向电流-电压曲线和二次反向电流电压曲线，拟合二次正向电流-电压曲线和二次反向电流电压曲线得到最终电流-电压曲线，使得最终电流-电压曲线的结果更加接近真实值。从而消除了电容的迟滞效应引入的测试误差，得到的异质结电池的各项参数更为精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中在电流-电压坐标系中的初始IV曲线示意图；

图2为本申请实施例中在功率-电压坐标系中的PV曲线示意图；

图3为本申请实施例中在功率-电压坐标系中的PV曲线子区域示意图；

图4为本申请实施例中在电流-电压坐标系中的二次IV曲线示意图；

图5为现有技术中异质结电池的IV测试的等效电路图；

图6为本申请实施例异质结电池IV曲线的测试方法流程示意图；

附图标记：

1、初始正扫电流-电压曲线；2、初始反扫电流-电压曲线；3、正扫功率曲线；4、反扫功率曲线；5、二次正向电流-电压曲线；6、二次反向电流-电压曲线；7、最终电流-电压曲线。

具体实施方式

对异质结电池进行IV曲线测试时，当模拟光照射太阳能电池时会在太阳能电池内部激发出非平衡载流子，也就是电子载流子和空穴载流子。电子载流子会在PN结的内建电场的作用下向n区移动形成电流，空穴载流子会在内建电场的作用下会向p区移动，规定正电荷移动的方向为电流的方向，所以电路中产生的电流为被激发的两种载流子运动所形成的电流之和。

整个异质结电池在测试时会形成一个电容器。首先在电路中电荷的定向移动会形成电流，由于同性电荷的排斥作用，使得在开始时电流最大，之后会逐渐的减小，而电容器带电量在电荷移动开始时最小为零，在电荷移动的过程中，电容的带电量逐渐增加，电容器的上下两极电压逐渐增大，当电流逐渐减小到零时电容器充电结束。当光照结束，电容和电源的连接被切断，电容会进行放电，两极板间的电压会逐渐下降到零。这一电容充放电的过程会导致在进行太阳电池电性能测试的过程中引入误差。在正向扫描的时候，由于有一部分电流会给电容器充电，所以收集到的电流低于真实值；在反向扫描的时候，电容器会向外放电所以收集到的电流会高于真实值；在坐标系中标示为两条高低不同的IV曲线，两者存在的差值就是由于电容引起的迟滞效应产生的。

异质结电池伏安测试的电路图参考图5，包括：恒流源I

因此，本发明提供一种异质结电池IV曲线的测试方法和测试装置，以消除由迟滞效应引入的测试误差。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种异质结电池IV曲线的测试方法，参考图6，包括如下步骤：

步骤S1：对异质结电池进行初始正向扫描和初始反向扫描，分别获得初始正扫电流-电压曲线1和初始反扫电流-电压曲线2，参考图1；

步骤S2：根据初始正扫电流-电压曲线1和初始反扫电流-电压曲线2，计算获得正扫功率曲线3和反扫功率曲线4，正扫功率曲线3和反扫功率曲线4在功率-电压坐标系中形成封闭区域，参考图2；

步骤S3：用垂直于电压轴的若干直线将所述封闭区域分为若干封闭子区域，参考图3；

步骤S4：根据封闭子区域面积变化，对异质结电池进行二次正向扫描和二次反向扫描，在各封闭子区域处，二次正向扫描的时间和二次反向扫描的时间与对应所述封闭子区域的面积呈正比；

步骤S5：经二次正向扫描和二次反向扫描形成二次正向电流-电压曲线5和二次反向电流电压曲线6，拟合二次正向电流-电压曲线5和二次反向电流电压曲线6得到最终电流-电压曲线7，参考图4。

本实施例中，通过正扫功率曲线3和反扫功率曲线4在功率-电压坐标系中形成封闭区域；用垂直于电压轴的若干直线将所述封闭区域分为若干封闭子区域，封闭子区域的面积越大，此部分的电容的迟滞效应的影响越大；封闭子区域的面积越小，此部分的电容的迟滞效应的影响越小。由此，可以对异质结电池进行二次正向扫描和二次反向扫描，在各封闭子区域处，二次正向扫描的时间和二次反向扫描的时间与对应所述封闭子区域的面积呈正比，以应对不同的电容迟滞效应；经二次正向扫描和二次反向扫描形成二次正向电流-电压曲线5和二次反向电流电压曲线6，拟合二次正向电流-电压曲线5和二次反向电流电压曲线6得到最终电流-电压曲线7，使得最终电流-电压曲线7的结果更加接近真实值。从而消除了电容的迟滞效应引入的测试误差，得到的异质结电池的各项参数更为精确。

本实施例，所述正向扫描为从0伏到开路电压，所述反向扫描为从开路电压到0伏。具体的，正向扫描测试时，开始时刻扫描电压值为0V，结束时刻扫描电压值为异质结电池的最大扫描电压；反向扫描测试时，开始时刻扫描电压值为异质结电池的最大扫描电压，结束时刻扫描电压值为0V。

进一步，对异质结电池进行初始正向扫描的初始正向扫描时间与对异质结电池进行初始反向扫描的初始反向扫描的时间之和为20ms～40ms；根据各所述封闭子区域的面积对所述异质结电池进行二次正向扫描的第一扫描时间与根据各所述封闭子区域的面积对所述异质结电池进行二次反向扫描的第二扫描时间之和为80ms～160ms。从而在保证测试效率的基础上，对异质结电池进行二次正向扫描IV曲线测试和二次反向扫描IV曲线测试，对于较大面积的封闭子区域采用更长的扫描时间，从而消除电容的迟滞效应引入的测试误差，再通过拟合二次正向电流-电压曲线5和二次反向电流电压曲线6得到最终电流-电压曲线7，根据最终电流-电压曲线7计算得到异质结电池的各项参数；由于消除了电容的迟滞效应引入的测试误差，所以得到的异质结电池的各项参数更为精确。

进一步，将所述第一扫描时间分成若干第一子扫描时间，所述第一子扫描时间与所述封闭子区域一一对应；各所述第一子扫描时间占所述第一扫描时间的比率等于各所述封闭子区域的面积占所述封闭区域的面积的比率；将所述第二扫描时间分成若干第二子扫描时间，所述第二子扫描时间与所述封闭子区域一一对应，各所述第二子扫描时间占所述第二扫描时间的比率等于各所述封闭子区域的面积占所述封闭区域的面积的比率。

按照各第一子扫描时间的时间对异质结电池进行二次正向扫描的IV曲线测试，各第二子扫描时间的时间对异质结电池进行二次反向扫描的IV曲线测试，在有限的时间内消除了电容的迟滞效应引入的测试误差，使得IV曲线测试值更加准确。

进一步，所述封闭子区域在所述电压轴上等间距的分布为第一区至第M区，M为大于或等于2的整数。在功率-电压坐标系中，由于，每一封闭子区域在横轴上的间距相等，但是在纵轴上与正扫功率曲线和反扫功率曲线相交的交点的距离不相等，可以直观的看出各封闭子区域的面积大小，同时也更方便精确计算封闭子区域的面积，从而确定各封闭子区域对应的各第一子扫描时间或各第二子扫描时间。

在一个实施例中，M为700～800，800，这样二次正向扫描和二次反向扫描中分为相对较多的主测试阶段，每个主测试阶段的时间均做了一定的区分，更好的消除了异质结电池因为电容引起的迟滞效应。

在一个实施例中，对异质结电池进行初始正向扫描的测试条件包括：辐照度为900W/m

对异质结电池进行初始反向扫描的测试条件包括：辐照度为900W/m

实施例2

本实施例提供一种异质结电池测试装置，用于实施上述的异质结电池IV曲线的测试方法，包括：扫描时间控制单元，所述扫描时间控制单元用于控制对异质结电池进行正向扫描时的第一扫描时间；和，用于控制对异质结电池进行反向扫描时的第二扫描时间；时间划分单元，所述时间划分单元用于将所述封闭区域分为若干封闭子区域；计算单元，所述计算单元用于计算获得正扫功率曲线和反扫功率曲线，以及拟合所述二次正向电流-电压曲线和所述二次反向电流-电压曲线，得到最终电流-电压曲线。通过对电容的迟滞效应影响大的封闭子区域进行更长时间的扫描，从而消除电容的迟滞效应引入的测试误差；再通过二次正向扫描和二次反向扫描形成二次正向电流-电压曲线5和二次反向电流电压曲线6，拟合二次正向电流-电压曲线5和二次反向电流电压曲线6得到最终电流-电压曲线7，使得最终电流-电压曲线7的结果更加接近真实值，计算得到异质结电池的各项参数；由于消除了电容的迟滞效应引入的测试误差，所以得到的异质结电池的各项参数更为精确。

进一步，所述扫描时间控制单元包括：第一扫描时间控制单元和第二扫描时间控制单元；所述第一扫描时间控制单元用于控制对异质结电池进行正向扫描时的第一扫描时间；所述第二扫描时间控制单元用于控制对异质结电池进行反向扫描时的第二扫描时间。分别由不同的控制单元来控制相应的扫描时间，扫描时间控制单元的精度高，动态性能好，同时可以提高扫描时间控制单元的抗干扰能力。

进一步，所述时间划分单元包括：输入模块，所述输入模块用于输入所述封闭子区域的数量。众所周知，封闭子区域的数量越多，异质结电池测试装置的测试准确度越高，但是测试时间也会相应的增加。通过输入模块在测试前就预设封闭子区域的数量，可以有效平衡测试准确度与测试效率的关系。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。