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解密德雷射科高效电池I-V测试机

信息分类: 发布时间:2016-11-28  浏览量:96

    当我们测试高效电池时候,太阳模拟器测试系统通常采用正向(Isc→Voc),或者反向(Voc→Isc)扫描,来测试电池的Isc,Voc,Pmax。目前,各大太阳电池生产企业,产线上使用的绝大部分都是10ms 太阳能电池测试系统。在测试Pmax时,需要外电路负载快速变化,在负载变化的过程中,数据采集卡大量采集数据对(I,V,光强),通过软件控制系统计算,将最大Pmax找出来。


  通常情况下,高效太阳电池内部,聚集着比普通电池更多的电荷,这些大量的电荷聚集在电池正负极附近,电池片就相当于并联了一个比较大的电容,当测试开始后,由于10ms IV 测试仪每次外电路负载变化时间很短,在微秒量级,数据采集卡每次采集数据对时(I,V,光强),由于外电路负载的快速变化,这些多余电荷在电池内部还没有到达动态平衡的状态下,数据采集卡就开始采集数据。测试过程就相对于与电池片并联的电容还在动态的充放电,数据采集卡就开始采集数据,这个数据肯定有误差,Pmax及FF的值就会出现偏差,电容越大,偏差越大,在测试系统上就会出现曲线分离的现象(后面有图)。解决的最好办法就是让负载变化速度变慢,电荷达到动态平衡后再让数据采集卡进行数据采集,此时数据才是准确的。


    北京德雷射科光电科技有限公司(下同德雷射科)是一个有着15年从事太阳模拟器测试系统研发、生产、销售的经验。德雷射科具有极强的研发能力,为各大生产企业、研发机构提供技术支持,设备开发等。本文最后,也将展现最近一年德雷射科开发、并交付客户使用的设备。


  随着太阳能电池制造工艺的进步,各大电池企业对高效电池研发、生产的兴起,对高效电池测试这块,德雷射科经常接受这些企业、研发机构的咨询。德雷射科就大家咨询有关高效电池测试的问题,进行了归纳,总结。与大家共同讨论一下。


  一、当前,国内各大太阳能电池生产企业都有10ms太阳能模拟器测试系统,那么在没有稳态或者长脉冲太阳模拟器测试系统的情况下,对高效电池的I-V测试,是否可以采用已标定的高效电池的标准数据,通过调整普通单闪10ms I-V短脉冲模拟器测试系统的各个系数,标定IV测试系统,然后对待测太阳能电池进行测试分类。这种测试方式是否能保证测试数据的准确性?可靠吗?


  回答这个问题,需要先了解三个问题:


  1.I-V测试系统中我们电池厂家所关心的参数中,真正实测的主要参数只有两个:I与V, 其他参数均是测试系统的外电路负载变化过程中测试的I与V数据通过计算所得(包括Pmax,FF,Rs等等)。


  2.高效电池的电容特性,对于PERC、IBC、HIT等高效电池,其电容较大,一般可以达到几十到数百μF/cm2,较大的电容意味着太阳电池中存在大量过剩电荷,而在改变外加电压或光强后太阳电池中电荷要重新达到平衡分布所需要时间也较长,即时间响应较慢;


  3.常规测试仪在10ms左右时间内完成扫描整个I-V曲线,即在太阳电池中施加快速变化偏压,快速偏压的引入容易改变电池中电荷分布的平衡性,电池的电容较大,电池时间响应较慢,可能响应时间比10ms I-V测试仪的脉冲宽度还长,在数据采集时,电荷的分布还没有达到平衡,这时就会产生测量误差。


  就上面这个问题,目前一些生产厂家采用这种方式测试高效电池片或者组件。1通过调节辐照度能量(或参数)来校准Isc;2、通过调整电压校准系数(或温度系数β)来校准Voc ;3、通过输入标准板Pmax值,计算系数强行对Pmax进行对标。


  北京德雷射科光电科技有限公司采用了上述方式,同一PERC标准片在10ms脉冲下通过修改电流测量系数、修正电阻系数使之与中国计量院(以下简称:NIM)数据对标一致,而后测试其他5片PERC标准片,然后再同样步骤,采用同一PERC标准片,在60ms脉冲下,进行数据标定,然后,测试其他5片PERC标准片。 测试结果如下:

 

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  从上面两幅图中可以看出,


  1. 电流变化具有线性规律,Isc偏差不会很大。


  2. 若是待测片与标准片在同一效率档位,Pmax线性度较好。


  3. 若是待测片与标准片效率有一定差异,则Pmax偏差呈非线性变化,若待测电池Pmax比标准电池的功率更高,将会被低估,被分到比较低的档;若待测片Pmax比标准电池的功率低,则被高估,被分到了更高的档位,这需要引起生产厂家的注意。


  4. 在整个变阻过程中(由Isc-Voc或Voc-Isc)由几百上千个I/V数据对组成,而高效电池的响应时间若比I-V测试仪的脉冲宽度还长,在测量时间内电荷的分布还远没有达到平衡,因此,在最佳功率点Ipm*Vpm=Pmax的分布是非线性分布的。


  5. 综上,短脉冲条件下,通过输入Pmax标准值,计算一个系数强行对标Pmax是不科学的,也是容易引起测试偏差的。


  二、通过上面的讲述,我们可以得出现在的高效电池测试,10ms脉宽的测试系统已经不能满足测试要求了。各类高效电池的电容特性将决定所需测试脉宽的长短。为什么会这样呢?协鑫集成曾向德雷射科咨询类似的问题。


  高效电池是个广义概念,且分类广泛,效率也参差不齐,工艺也千差万别,同时,太阳模拟器的设计方案也各不相同,很难界定多少脉冲宽度一定可以保证各类高效电池的测试准确,以下为我司模拟器测试PERC/HIT/N型电池的实验数据,供参考。


  1. PERC电池功率(Pmax)随脉冲宽度的变化
 

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  2. HIT电池功率(Pmax)随脉冲宽度的变化。
 

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  3. N型电池功率(Pmax)随脉冲宽度的变化
 

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  以上三种电池,都是高效电池,他们内部存在不同程度的电容。正是由于高效电池因电容效应存在,在进行I-V测试时一定要关注正反向扫描的结果,通常情况下


  ●Isc-Voc,外电压从0快速上升至Voc,载流子浓度增加,电荷重新分布相当于给电容充电,会消耗部分光生电流,引起外部测量电流减少,电池FF和Pmax测量值偏小,被低估。


  ●Voc-Isc,外电压从Voc快速下降至0,载流子浓度减少,电荷的重新分布相当于给电容放电,增加光生电流,引起外部测量电流的增大,电池的FF和Pmax测量值偏大,被高估。


  1、PERC电池功率Pmax在30ms以下正反向扫描差异较大,10ms时差值约1.4%


  2、HIT电池功率Pmax在170ms以下正反向扫描差异较大,10ms时差值约8.6%


  3、 N型电池功率Pmax在60ms以下正反向扫描差异较大,10ms时差值约1.0%


  三、太阳能电池测试系统,其实主要是由两部分组成。A.一部分是太阳模拟器,太阳模拟器峰值辐照度持续时间长短,分为瞬态太阳模拟器及稳态太阳模拟器。我们上述所讲脉宽长短就是指瞬态太阳模拟器,峰值辐照度为1000W/m2。B.另一部分是智能负载(包括数据采集卡)及控制系统。电子负载的变阻,对电池的Pmax测试准确与否,这部分起着至关重要的作用。


  关于电子负载山东力诺光伏,通过邮件专门咨询过德雷射科。目前,市场上常用的太阳电池测试系统电子负载分为:容性负载、阻性负载(离散)、阻性负载(连续)三大类。


  1.容性负载


 

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  2.阻性负载(离散型变阻)
 

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  3.阻性负载(连续型变阻)
 

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  这三类电子负载他们的优缺点如下:
 

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  北京德雷射科电池测试系统就是采用的智能阻性连续变阻,从能很好的保障数据采集卡捕捉到Pmax,进而可以计算出真实的FF值。


  四、但是,众多的太阳能电池生产企业在生产定标时经常遇到标准电池的FF值与实测值对不上,这也成为了广大电池生产企业最为关心的问题,有的是通过添加修正系数等因素来解决,也有是通过提高或降低Isc亦或Voc来对标Pmax,FF根本就不管,这些方法都是不对的。德雷射科对这个问题的解决,需要注意5点:


  1、 辐照度不均匀性,I-V曲线会出现异常,测试系统很难抓到Pmax。
 

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  2、 电子负载匹配


  在前面问题中有过阐述,采用容性负载或阻性负载(离散),若是匹配不好,在I-V扫描过程中点数过少就很容易错过Pmax,则计算的FF就会偏低。


  3、 脉冲宽度不够


  在短脉宽测试PERC、HIT、N型时均会出现曲线分离现象,这个曲线分离就会导致错过最大功率点,不同的扫描方向会表现出被低估或高估的FF结论。

 

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  4、 接触电阻过大


  通常情况下测试探针镀金(银)层的磨损、测试铜板的氧化,还有背电极有无吸附等因素都会增加接触电阻,会导致FF偏低。


  5、 非真正4线制取样.


  在高效电池I-V测试过程中,大家都知道必须要用4线制采样,而在实际生产过程中有很多情况下非真正意义的4线制,只能算部分四线制,比如电池背电极的电压单取。


  五、目前,市场上有的客户要求德雷射科电池测试机需要有阶梯光,在南京高效电池会议上,德雷射科也做了简单的介绍,之后唐山海泰专门致电德雷射科了解此功能,使用场合、及具体作用。

   
 

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  那么什么是阶梯光呢?阶梯光是指在同一闪光脉冲下,实现两组或多组不同辐照度曲线显示,且同时满足IEC60904-9标准AAA要求,并可实现两组及多组实测I-V曲线,这与以往所谓的一次测试通过计算完成弱光测试是完全两个概念。


  要实现阶梯光要具有两个先决条件:


  1、峰值脉冲宽度需要足够长


  2、电子负载要有效可控【负载打开时间,取样时间,下一个脉冲负载打开时间等均要很好控制】


  阶梯光在I-V测试中非常重要作用:


  1、阶梯光两组I-V曲线,根据IEC60891可以更准确测得Rs


  2、可以提高生产效率【赛拉弗为客户提供百叶窗案例】,不用两次闪光。


  德雷射科作为国内最权威、专业的太阳光伏测试设备生产商,公司成立15年来一直专注于太阳光伏检测设备的研发、生产、销售,近年来,为适应光伏产品测试的新需求,相继研发了:双玻组件测试仪、电站现场专用车载太阳模拟器、CIGS/砷化镓/碲化镉专用测试仪(150ms)、超长脉冲宽度HIT电池测试仪(280ms)、BIPV超大幅面太阳模拟器等多款太阳光伏IV检测设备,取得很好销量并得到广泛应用与广大用户的一致好评。


  1.德雷射科的新型智能阻性电子负载,在中国计量院装配,通过各种测试,验证,得到了计量院的认可。主要是用于在稳态太阳模拟器下,用德雷射科的这个负载对电池片进行测试,大家访问中国计量院的时候,应该可以看到。


 

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  2. 车载PERC组件I-V测试仪(国家电投、西藏太阳能所)
 

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  3. 砷化镓电池组件测试仪顺利交付 
  

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  4. 全自动无主栅电池分选测试交付美国
 

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   5. 柔性大幅面CIGS组件测试仪交付 (1300*2600mm,1300*6000mm) 
 

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  6. 叠瓦电池多通道I-V测试仪实验顺利 (可以延伸到应用小组件的多通道测试,提高生产效率)。


 

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  客户的需求就是德雷射科奋斗的目标!


  为了给广大生产企业开发高效电池更大的支持,德雷射科实验室向众多朋友、广大企事业客户提供两台设备,DLSK-FXJ8专用于电池片进行分选的测试仪,辐照度幅面200mm *200mm;下光源长脉冲组件测试仪,2100mm * 1100mm幅面,以供大家交流、实验用。德雷射科诚邀大家来公司做客、考察!感谢大家这些年来对德雷射科的支持!


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