太阳能测试原理

一、物理基础 1、P-N结 2、等效电路 3、I-V曲线二、参量的测量及计算三、Berger系统操作四、结束语目录第1页/共11页一、物理基础1、P-N结 本征硅：非常纯的硅称为本征硅。硅 P型硅：掺有受主的硅成为P型硅（掺硼/多子为空穴）搀杂硅 N型硅：掺有施主的硅成为N型硅（掺磷/多子为电子）当P型半导体和N型半导体紧密结合在一起时，在两者的交界处就形成P-N结。实际上，同一块半导体中的P区和N区的交界面就称为P-N结。在室温下，硼、磷原子全部电离，P区多子为空穴，N区多子为电子。交 界面两侧的电子和空穴的浓度不同，于 是界面附近的电子将通过界面向右扩散 运动，而空穴向左扩散运动（图1）随着电子和空穴的扩散，在交界面 附近形成不能移动的电离磷原子P和不能移动的电离硼原子B，它们阻碍P区空穴向N区及N区电子向P区继续流动，称为耗尽层。又因为耗尽层存在由N区指向P区的电场，称为内建电场。在内建电场的作用下,将产生空穴向右而电子向左的漂移运动,其方向与扩散作用相反（如下图）NP图1第2页/共11页内建电场NP 在图2中，P-N结处于平衡状态。在自建电场作用下形成的漂移电流等载流子浓度差形成的扩散电流，从而使P-N结中的静电流为0。当入声光照在电池上时，在N区、耗尽区和P区中激发出光生电子空穴对。光生电子空穴对在耗尽区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被送进N区，光生空穴被送到P区。根据耗尽近似条件，耗尽区边界处的载流子浓度近似为0，即p=n=0。在N区中，光生电子空穴对产生以后，光生空穴便向P-N结边界扩散，一旦到达P-N结边界，便立即受到内建电场作用，被电场力牵引做漂移运动，越过耗尽区进入P区，光生电子（多子）则被留在N区。P区中的光生电子同样的先因为扩散，后因为漂移而进入N区，光生空穴留在P区。如此便在P-N结两侧形成了正、负电荷的积累。产生了光生电压，这就是“光生伏打效应”。当电池接上一负载后，光电流就从P区经负载流至N区，负载中即得到功率输出。图2第3页/共11页2、等效电路RsIDILIshUCjIRLUjRsh 当受光照射的太阳能接上负载时，光生电流经负载，并在负载两端建立起端电压。这时太阳能电池的工作情况可由左图所示等效电路来描述。图3中把太阳能电池看成稳定的产生光电流IL的电流源（只要光源稳定）。由图中可以看出，流经负载的电流为I=ILID-Ish。UOC：RL=时（I=0，相当于开路）的电压U为开路电压UOC。ISC ：RL=0 时（U=0，相当于短路）的电流I为短路电流ISC。Rsh ：周边刻蚀没有完全刻掉，存在漏电，上下导通的电阻为并联电阻。RS ：由材料体电阻、接触电阻、探针及导线电阻几部分组成。Irev=ID(P-N结漏电)+Ish（边缘漏电，等离子刻蚀）图3第4页/共11页 从上述参量关系中我们可以判断数据异常的原因：（1）串联电阻大 可能原因为：浆料与硅接触不好或探针压力不够等。（2）并联电阻小 周边刻蚀没有做好。相应还会导致漏电流加大。（3）漏电流大 周边刻蚀没有做好，一次清洗有离子粘污、扩散间洁净度不够。（4）开路电压小 原因为漏电流大（5）短路电流小 串联电阻大或漏电流大。体电阻大或接触电阻大串联电阻变大短路电流减小漏电流变大开路电压下降开路电压上升周边刻蚀没做好离子粘污或洁净度不够并联电阻变小数据分析框架图第5页/共11页3、I-V曲线OVmVocImIscVIAM 当负载RL从0变化到无穷的时候，就可以画出太阳能的负载特性曲线（伏安特性曲线）。曲线上的每一点称为工作点，工作点的横坐标和纵坐标即为相应的工作电压和工作电流。若改变负载RL达到某一个特定值Rm，此时在曲线上得到一个点M，对应的工作电流和工作电压之积最大（PmImVm），我们就称这点M为该太阳电池的最大功率点。其中Im为最佳工作电流，Vm为最佳工作电压，Rm为最佳负载电阻，Pm为最大输出功率。图4 太阳电池负载特性曲线第6页/共11页从I-V曲线查找问题图5 不同串连电阻得出的IV测试结果图6 不同并连电阻得出的IV测试结果第7页/共11页二、参量的测量及计算1、开路电压，短路电流的计算 从图4可知，测量得到的曲线与V、I两轴的交点即开路电压，短路电流。2、最佳工作电压，最佳工作电流，最大功率的计算 一般情况下，直接求会有一些麻烦。所以，可以在计算机上按照步长，求 得每一点的，然后直接取其中的最大值就是了。这时，该点所对应的电压 和电流也就是最佳工作电压，最佳工作电流。3、填充因子的计算 最大功率（Pm）与开路电压短路电流之积（VocIsc）的比值就称为填充 因子（FF）填充因子是表征太阳电池性能的优劣的重要参数之一。4、并联电阻与串联电阻的近似解法 只要测量出在 附近的 曲线的斜率，就可以求出 的值了。测量出在 附近的 曲线的斜率，就可以求出 的值了。5、太阳电池效率的计算 在太阳电池受到光照时，输出电功率和入射光功率之比就称为太阳电池的 效率，也称为光电转换效率。第8页/共11页三、Berger系统操作1、更改电池型号（对应面积）2、确认脉冲激光器的电压3、片盒预警和报警的设置4、数据库的建立与数据的保存5、分档标准的调用6、批次的设置及更改7、系统清批设置第9页/共11页四、结束语 测试好像一面镜子，能反映前期工艺的种种漏洞与不足。而好的测试者应当是能读懂镜子的人，及时反馈信息。希望大家都能用心和数据交流，做一名优秀的测试者！谢谢！第10页/共11页感谢您的观看。第11页/共11页