太阳能电池特性分析与测试的几种方法（一）

太阳能电池特性分析与测试的几种方法（一）

太阳光模拟器用于测量太阳能电池的效率。为了表征太阳能电池在现实世界中的表现，使用有效模拟太阳光谱的太阳光源至关重要。

当然，你可以使用真正的阳光，但是这会引入一些不可控的变量。为了可靠地测试太阳能电池，你需要在实验室内保持受控的条件。此外，许多太阳能电池的材料在早期的开发阶段不能经受气候影响。由于这些原因，当在实验室环境中测试太阳能电池时，你应该使用太阳光模拟器来重现太阳的辐照度。

为了表征太阳能电池，太阳光模拟器需要满足关于时间稳定性、光谱匹配性和均匀性的特定标准。我们的太阳光模拟器满足所有这些条件，达到小面积设备的最高标准(AAA)。易上手，并且我们还有太阳能电池测试套件—它将我们的太阳模拟器与我们的源测量单元和测试板结合在一起。

有几种方法可以用来表征太阳能电池。最常见和最基本的测量方法是电流-电压(I-V)扫描。由此，你可以得出计算太阳能电池效率所需的所有必要的设备指标。电流-电压扫描是一种快速测量方法。因此，重要的是要注意，在某些情况下，它不会准确地代表太阳能电池在现实世界中的工作情况。要进行更深入的表征或测试器件性能的稳定性，可以进行最大功率点跟踪或电流跟踪。

一.太阳能电池效率测量

1.伏安曲线

I-V曲线是光伏研究中的标准测量方法，如果操作正确，可以快速准确地测量光伏器件的性能。

有三个度量将决定太阳能电池的效率:开路电压(VOC)，短路电流(JSC)，以及填充因子(FF).在测量太阳能电池时，我们经常提到电流密度，J，而不仅仅是电流，这使得研究人员可以比较具有不同活动区域的设备。一个设备的能量转换效率(PCE)，就是指它的VOC, JSC和FF，除以太阳能电池的辐射功率(Pin).

Pin取决于你使用的光源。因此，正确校准你的太阳光模拟器以复制太阳光谱是很重要的。大小应该是 1 Sun或者1 kW/m².

您可以通过当前电压测量找到设备的Jsc、Voc和FF(随后是PCE)。在这里，您将器件置于一系列电压下，并在每个增量电压下测量流经器件的电流密度。这种测量会给你一个I-V曲线(或者更具体地说是J-V曲线)，它将遵循太阳能电池的等效电路模型。

使用电流密度绘制的太阳能电池的典型IV曲线。突出短路电流密度(JSC)，开路电压(VOC)，最大功率时的电流和电压(JMP和 VMP)，最大功率点(PMax)，以及填充因子(FF).

在这里，我们可以看到曲线穿过x轴的点相当于 JSC，直线与y轴的交点定义了VOC。填充因子有点难以定义——它是对“方形”曲线的一种度量。曲线上有一个点J和V值被max以形成最大功率点(MP)。这些被称为 JMP和VMP，并且它们创建了理论上最大可用功率的阴影矩形区域 JMP  x VMP。填充系数可通过下式定义:

你可以找到JMP和VMP通过计算出J x V最大。您可以将这些数字与 JSC和VOC计算FF。这应该通过计算来完成，以确保一致的测量。然而，每当您测量J-V曲线时，Ossila软件将输出所有设备指标。

对于具有复杂离子行为的太阳能电池，如钙钛矿，使用合适的扫描速度进行器件测试是很重要的。

为了对太阳能电池进行最准确的分类，最重要的是尽你所能校准光谱辐照度。

2.功率点追踪

对于显示滞后的太阳能电池或不稳定的太阳能电池，您可能会发现使用功率点追踪或稳定电流测量等测量方法来测量太阳能电池的稳定性非常有用。这应该会让你更好地了解你的太阳能电池在现实世界中的表现。

功率点追踪有多种定义，但对于所有稳定测量，您需要进行初始J-V扫描，以找到最大功率点(= VMP x JMP).一旦值为VMP确定后，您可以将太阳能装置保持在此电压，并测量测量过程中产生的电流。您可以在经过设定的时间后停止测量，也可以在满足预定的“稳定条件”后停止测量(例如，电流输出已经稳定了30秒)。后者也称为固定电压下的稳定电流(SCFV)。通过将测得的电流乘以VMP，您可以实时跟踪设备的PCE。

最大功率点追踪是功率点追踪的一个更复杂的版本，在稳定测量发生的同时，VMPP被连续测量和优化。复杂的编程系统不断评估设备的最大功率点，并随后将太阳能电池保持在该电压。这种形式的最大功率点追踪通常用于控制太阳能电池组件阵列的功率输出.