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          解密德雷射科高效電池I-V測試機

          解密德雷射科高效電池I-V測試機

          信息分類: 發布時間:2016-11-28  瀏覽量:

              當我們測試高效電池時候,太陽模擬器測試系統通常采用正向(Isc→Voc),或者反向(Voc→Isc)掃描,來測試電池的Isc,Voc,Pmax。目前,各大太陽電池生產企業,產線上使用的絕大部分都是10ms 太陽能電池測試系統。在測試Pmax時,需要外電路負載快速變化,在負載變化的過程中,數據采集卡大量采集數據對(I,V,光強),通過軟件控制系統計算,將最大Pmax找出來。


            通常情況下,高效太陽電池內部,聚集著比普通電池更多的電荷,這些大量的電荷聚集在電池正負極附近,電池片就相當于并聯了一個比較大的電容,當測試開始后,由于10ms IV 測試儀每次外電路負載變化時間很短,在微秒量級,數據采集卡每次采集數據對時(I,V,光強),由于外電路負載的快速變化,這些多余電荷在電池內部還沒有到達動態平衡的狀態下,數據采集卡就開始采集數據。測試過程就相對于與電池片并聯的電容還在動態的充放電,數據采集卡就開始采集數據,這個數據肯定有誤差,Pmax及FF的值就會出現偏差,電容越大,偏差越大,在測試系統上就會出現曲線分離的現象(后面有圖)。解決的最好辦法就是讓負載變化速度變慢,電荷達到動態平衡后再讓數據采集卡進行數據采集,此時數據才是準確的。


              北京德雷射科光電科技有限公司(下同德雷射科)是一個有著15年從事太陽模擬器測試系統研發、生產、銷售的經驗。德雷射科具有極強的研發能力,為各大生產企業、研發機構提供技術支持,設備開發等。本文最后,也將展現最近一年德雷射科開發、并交付客戶使用的設備。


            隨著太陽能電池制造工藝的進步,各大電池企業對高效電池研發、生產的興起,對高效電池測試這塊,德雷射科經常接受這些企業、研發機構的咨詢。德雷射科就大家咨詢有關高效電池測試的問題,進行了歸納,總結。與大家共同討論一下。


            一、當前,國內各大太陽能電池生產企業都有10ms太陽能模擬器測試系統,那么在沒有穩態或者長脈沖太陽模擬器測試系統的情況下,對高效電池的I-V測試,是否可以采用已標定的高效電池的標準數據,通過調整普通單閃10ms I-V短脈沖模擬器測試系統的各個系數,標定IV測試系統,然后對待測太陽能電池進行測試分類。這種測試方式是否能保證測試數據的準確性?可靠嗎?


            回答這個問題,需要先了解三個問題:


            1.I-V測試系統中我們電池廠家所關心的參數中,真正實測的主要參數只有兩個:I與V, 其他參數均是測試系統的外電路負載變化過程中測試的I與V數據通過計算所得(包括Pmax,FF,Rs等等)。


            2.高效電池的電容特性,對于PERC、IBC、HIT等高效電池,其電容較大,一般可以達到幾十到數百μF/cm2,較大的電容意味著太陽電池中存在大量過剩電荷,而在改變外加電壓或光強后太陽電池中電荷要重新達到平衡分布所需要時間也較長,即時間響應較慢;


            3.常規測試儀在10ms左右時間內完成掃描整個I-V曲線,即在太陽電池中施加快速變化偏壓,快速偏壓的引入容易改變電池中電荷分布的平衡性,電池的電容較大,電池時間響應較慢,可能響應時間比10ms I-V測試儀的脈沖寬度還長,在數據采集時,電荷的分布還沒有達到平衡,這時就會產生測量誤差。


            就上面這個問題,目前一些生產廠家采用這種方式測試高效電池片或者組件。1通過調節輻照度能量(或參數)來校準Isc;2、通過調整電壓校準系數(或溫度系數β)來校準Voc ;3、通過輸入標準板Pmax值,計算系數強行對Pmax進行對標。


            北京德雷射科光電科技有限公司采用了上述方式,同一PERC標準片在10ms脈沖下通過修改電流測量系數、修正電阻系數使之與中國計量院(以下簡稱:NIM)數據對標一致,而后測試其他5片PERC標準片,然后再同樣步驟,采用同一PERC標準片,在60ms脈沖下,進行數據標定,然后,測試其他5片PERC標準片。 測試結果如下:

           

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            從上面兩幅圖中可以看出,


            1. 電流變化具有線性規律,Isc偏差不會很大。


            2. 若是待測片與標準片在同一效率檔位,Pmax線性度較好。


            3. 若是待測片與標準片效率有一定差異,則Pmax偏差呈非線性變化,若待測電池Pmax比標準電池的功率更高,將會被低估,被分到比較低的檔;若待測片Pmax比標準電池的功率低,則被高估,被分到了更高的檔位,這需要引起生產廠家的注意。


            4. 在整個變阻過程中(由Isc-Voc或Voc-Isc)由幾百上千個I/V數據對組成,而高效電池的響應時間若比I-V測試儀的脈沖寬度還長,在測量時間內電荷的分布還遠沒有達到平衡,因此,在最佳功率點Ipm*Vpm=Pmax的分布是非線性分布的。


            5. 綜上,短脈沖條件下,通過輸入Pmax標準值,計算一個系數強行對標Pmax是不科學的,也是容易引起測試偏差的。


            二、通過上面的講述,我們可以得出現在的高效電池測試,10ms脈寬的測試系統已經不能滿足測試要求了。各類高效電池的電容特性將決定所需測試脈寬的長短。為什么會這樣呢?協鑫集成曾向德雷射科咨詢類似的問題。


            高效電池是個廣義概念,且分類廣泛,效率也參差不齊,工藝也千差萬別,同時,太陽模擬器的設計方案也各不相同,很難界定多少脈沖寬度一定可以保證各類高效電池的測試準確,以下為我司模擬器測試PERC/HIT/N型電池的實驗數據,供參考。


            1. PERC電池功率(Pmax)隨脈沖寬度的變化
           

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            2. HIT電池功率(Pmax)隨脈沖寬度的變化。
           

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            3. N型電池功率(Pmax)隨脈沖寬度的變化
           

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            以上三種電池,都是高效電池,他們內部存在不同程度的電容。正是由于高效電池因電容效應存在,在進行I-V測試時一定要關注正反向掃描的結果,通常情況下


            ●Isc-Voc,外電壓從0快速上升至Voc,載流子濃度增加,電荷重新分布相當于給電容充電,會消耗部分光生電流,引起外部測量電流減少,電池FF和Pmax測量值偏小,被低估。


            ●Voc-Isc,外電壓從Voc快速下降至0,載流子濃度減少,電荷的重新分布相當于給電容放電,增加光生電流,引起外部測量電流的增大,電池的FF和Pmax測量值偏大,被高估。


            1、PERC電池功率Pmax在30ms以下正反向掃描差異較大,10ms時差值約1.4%


            2、HIT電池功率Pmax在170ms以下正反向掃描差異較大,10ms時差值約8.6%


            3、 N型電池功率Pmax在60ms以下正反向掃描差異較大,10ms時差值約1.0%


            三、太陽能電池測試系統,其實主要是由兩部分組成。A.一部分是太陽模擬器,太陽模擬器峰值輻照度持續時間長短,分為瞬態太陽模擬器及穩態太陽模擬器。我們上述所講脈寬長短就是指瞬態太陽模擬器,峰值輻照度為1000W/m2。B.另一部分是智能負載(包括數據采集卡)及控制系統。電子負載的變阻,對電池的Pmax測試準確與否,這部分起著至關重要的作用。


            關于電子負載山東力諾光伏,通過郵件專門咨詢過德雷射科。目前,市場上常用的太陽電池測試系統電子負載分為:容性負載、阻性負載(離散)、阻性負載(連續)三大類。


            1.容性負載


           

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            2.阻性負載(離散型變阻)
           

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            3.阻性負載(連續型變阻)
           

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            這三類電子負載他們的優缺點如下:
           

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            北京德雷射科電池測試系統就是采用的智能阻性連續變阻,從能很好的保障數據采集卡捕捉到Pmax,進而可以計算出真實的FF值。


            四、但是,眾多的太陽能電池生產企業在生產定標時經常遇到標準電池的FF值與實測值對不上,這也成為了廣大電池生產企業最為關心的問題,有的是通過添加修正系數等因素來解決,也有是通過提高或降低Isc亦或Voc來對標Pmax,FF根本就不管,這些方法都是不對的。德雷射科對這個問題的解決,需要注意5點:


            1、 輻照度不均勻性,I-V曲線會出現異常,測試系統很難抓到Pmax。
           

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            2、 電子負載匹配


            在前面問題中有過闡述,采用容性負載或阻性負載(離散),若是匹配不好,在I-V掃描過程中點數過少就很容易錯過Pmax,則計算的FF就會偏低。


            3、 脈沖寬度不夠


            在短脈寬測試PERC、HIT、N型時均會出現曲線分離現象,這個曲線分離就會導致錯過最大功率點,不同的掃描方向會表現出被低估或高估的FF結論。

           

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            4、 接觸電阻過大


            通常情況下測試探針鍍金(銀)層的磨損、測試銅板的氧化,還有背電極有無吸附等因素都會增加接觸電阻,會導致FF偏低。


            5、 非真正4線制取樣.


            在高效電池I-V測試過程中,大家都知道必須要用4線制采樣,而在實際生產過程中有很多情況下非真正意義的4線制,只能算部分四線制,比如電池背電極的電壓單取。


            五、目前,市場上有的客戶要求德雷射科電池測試機需要有階梯光,在南京高效電池會議上,德雷射科也做了簡單的介紹,之后唐山海泰專門致電德雷射科了解此功能,使用場合、及具體作用。

             
           

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            那么什么是階梯光呢?階梯光是指在同一閃光脈沖下,實現兩組或多組不同輻照度曲線顯示,且同時滿足IEC60904-9標準AAA要求,并可實現兩組及多組實測I-V曲線,這與以往所謂的一次測試通過計算完成弱光測試是完全兩個概念。


            要實現階梯光要具有兩個先決條件:


            1、峰值脈沖寬度需要足夠長


            2、電子負載要有效可控【負載打開時間,取樣時間,下一個脈沖負載打開時間等均要很好控制】


            階梯光在I-V測試中非常重要作用:


            1、階梯光兩組I-V曲線,根據IEC60891可以更準確測得Rs


            2、可以提高生產效率【賽拉弗為客戶提供百葉窗案例】,不用兩次閃光。


            德雷射科作為國內最權威、專業的太陽光伏測試設備生產商,公司成立15年來一直專注于太陽光伏檢測設備的研發、生產、銷售,近年來,為適應光伏產品測試的新需求,相繼研發了:雙玻組件測試儀、電站現場專用車載太陽模擬器、CIGS/砷化鎵/碲化鎘專用測試儀(150ms)、超長脈沖寬度HIT電池測試儀(280ms)、BIPV超大幅面太陽模擬器等多款太陽光伏IV檢測設備,取得很好銷量并得到廣泛應用與廣大用戶的一致好評。


            1.德雷射科的新型智能阻性電子負載,在中國計量院裝配,通過各種測試,驗證,得到了計量院的認可。主要是用于在穩態太陽模擬器下,用德雷射科的這個負載對電池片進行測試,大家訪問中國計量院的時候,應該可以看到。


           

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            2. 車載PERC組件I-V測試儀(國家電投、西藏太陽能所)
           

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            3. 砷化鎵電池組件測試儀順利交付 
            

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            4. 全自動無主柵電池分選測試交付美國
           

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             5. 柔性大幅面CIGS組件測試儀交付 (1300*2600mm,1300*6000mm) 
           

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            6. 疊瓦電池多通道I-V測試儀實驗順利 (可以延伸到應用小組件的多通道測試,提高生產效率)。


           

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            客戶的需求就是德雷射科奮斗的目標!


            為了給廣大生產企業開發高效電池更大的支持,德雷射科實驗室向眾多朋友、廣大企事業客戶提供兩臺設備,DLSK-FXJ8專用于電池片進行分選的測試儀,輻照度幅面200mm *200mm;下光源長脈沖組件測試儀,2100mm * 1100mm幅面,以供大家交流、實驗用。德雷射科誠邀大家來公司做客、考察!感謝大家這些年來對德雷射科的支持!


          版權所有:北京德雷射科光電科技有限公司 京ICP備11029707號

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