陳為興 黃 征

（浙江晶科能源有限公司）

0 引言

隨著高效太陽能電池技術(shù)的成熟和市場對于高品質(zhì)產(chǎn)品的追求，高效率低成本，且具有可大規(guī)模量產(chǎn)的太陽能電池技術(shù)開發(fā)，已成為必然趨勢（N型Top，IBC，HJT）［1］。

太陽電池光電性能是衡量其性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)，主要體現(xiàn)在伏安特性曲線（即I-V曲線）上，參考包括短路電流，開路電壓，最大功率，最佳工作電壓，最佳工作電流，填充因子和轉(zhuǎn)換效率等。以及國際標(biāo)準(zhǔn)EC-60904-1，太陽電池組件的I-V曲線校準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)測試條件STC下進(jìn)行，或修正到STC條件，即溫度25°C）；輻照度1000W／m2；AM1.5標(biāo)準(zhǔn)光譜。實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線通常采用太陽模擬器法測量太陽組件的I-V。此方法操作方便，不受外界自然天氣的影響［2］。

相較于常規(guī)組件，高效組件有著明顯的電容效應(yīng)。電容效應(yīng)：即相當(dāng)于在二極管模型中并聯(lián)了一個(gè)電容器，電容發(fā)電的電量與兩端的電壓成正比，電容的存在會(huì)使太陽電池組件在測試時(shí)，對光強(qiáng)變化和外在電路電壓變化的響應(yīng)時(shí)間延長，給測試結(jié)果帶來影響?；诠β蕼y試的準(zhǔn)確性，提出了更高的要求，對于光伏組件測試方案要有更多的探索與優(yōu)化。

本文從高效太陽電池結(jié)構(gòu)，結(jié)合龍背掃描測試方法改進(jìn)，獲得高電容光伏組件精確I-V測試方法。

1 高電容組件IV測試失真原理

目前市面上太陽能電池片受材料的擴(kuò)散密度，擴(kuò)散電容隨外電壓成指數(shù)型變化，IV測試過程中擴(kuò)散電容動(dòng)態(tài)變化。

在進(jìn)行組件測試的時(shí)候，給組件外加偏置電壓，由于PN結(jié)的存在，PN結(jié)內(nèi)儲存的電荷量發(fā)生變化，這稱為勢壘電容，如圖1所示。

圖1 太陽能電池等效電路圖

PN結(jié)正向?qū)щ姇r(shí)，少子會(huì)擴(kuò)散到對方空穴區(qū)域，積累的電荷隨著外加電壓的變化而變化，電壓越大，電流越大，此時(shí)要求更多的載流子來滿足電流加大的要求。

如果電壓減小，此時(shí)電子和空穴就會(huì)減少。此時(shí)就在電壓變化的情況下PN結(jié)果形成了“充入”“放出”的電容效應(yīng)。

Isc?Voc外電壓變大，負(fù)載由0～∞，Cd變大，為電容充電，測試電流偏小。

Voc?Isc外電壓變小，負(fù)載由∞～0，Cd變小，為電容放電，測試電流偏大。

dv／dt＞0時(shí)正向掃描測量值小于實(shí)際值，dv／dt＜0時(shí)反向掃描測量值大于實(shí)際值。

控制電壓變化速度（dv／dt）成為IV測量準(zhǔn)確的關(guān)鍵點(diǎn)（dv／dt≈0）：

C值越大，要求dv／dt值很小，需要IV測試時(shí)間長，典型代表：HJT，N型Top Con等高電容電池。

2 動(dòng)態(tài)IV測試（龍背測試簡稱DB）

某廠家推出具有動(dòng)態(tài)IV測試模式設(shè)備，該測試模式在不改變測試時(shí)間的情況下，將傳統(tǒng)的線性電壓掃描方式變?yōu)殡A梯狀電壓掃描方式，如圖2所示。

圖2 臺階狀掃描電壓

整個(gè)電壓掃描曲線有多個(gè)類似臺階狀的掃描電壓組成，在每個(gè)臺階的起始部位設(shè)置合理的峰值及寬度，當(dāng)電池電容充放電結(jié)束時(shí)，保持電壓不變，短時(shí)間內(nèi)電壓變化為0，完全消除干擾電流，從而能在最大功率點(diǎn)附近取得穩(wěn)定的電流值。然后根據(jù)所有臺階的測試值繪制IV曲線，得到光伏組件的電性能參數(shù)［3］

3 三種IV測試方法穩(wěn)定性對比

分別選用A廠家寬脈沖掃描40ms，B廠家磁滯掃描（20ms），C廠家龍背掃描。

3.1 實(shí)驗(yàn)方案

選擇某一線廠家N型Top con組件。

三種測試方法（A：寬脈沖掃描40ms，B：磁滯掃描20ms，C：龍背掃描）。

測試同一N型Top con組件，每種掃描方式在STC條件下（AM1.5，1000W／m2，25℃）測試20次電性能。判定穩(wěn)定公式：［（MAX-MIN）／（MAX＋MIN）×100］

3.2 結(jié)果對比

龍背掃描（0.08%）＞磁滯掃描（0.05%）＞寬脈沖（0.04%），Pasan（龍背掃描）結(jié)果偏弱，如圖3所示。

圖3 測試功率穩(wěn)定性結(jié)果

3.3 測試結(jié)果分析

通過查看龍背掃描20次測試數(shù)據(jù)，電流穩(wěn)定性偏弱，如圖4所示，分析由于龍背測試時(shí)間僅為10ms，電池偏壓由0快速上升至Voc，載流子濃度會(huì)增加，多余的電子移向P區(qū)，多余的空穴流向N區(qū)，N區(qū)高效電池容性較大，造成電性能采集磁滯性。

圖4 測試電流穩(wěn)定性結(jié)果

龍背掃描根據(jù)組件電壓自動(dòng)設(shè)置電壓臺階分布，但是在10ms內(nèi)，可分布的臺階數(shù)目有限，如果組件電容性過大，在有限的臺階數(shù)量內(nèi)，臺階上的取點(diǎn)有效數(shù)據(jù)有限，可能導(dǎo)致無法完全取得穩(wěn)定的準(zhǔn)確點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 龍背電壓掃描電流波動(dòng)

3.4 測試方法改善——龍背掃描疊加雙閃測試

由于和分段測試延長測試時(shí)間的不同，最大功率點(diǎn)修正測試由兩次閃光測試完成，也稱為雙閃測試，第一次閃光進(jìn)行整個(gè)I-V曲線掃描測試，然后由軟件分析獲得最大功率點(diǎn)，在最大功率點(diǎn)附近在進(jìn)行第二次閃光測試［4］（10ms＋10ms，間隔15s），得到最大功率附近的精確測量結(jié)果。

經(jīng)升級測試方法，重新測試20次電性能數(shù)據(jù)對比功率穩(wěn)定性：升級后兩次掃描龍背掃描（0.05%）＝磁滯掃描20ms（0.05%）＞寬脈沖40ms（0.04%）。

龍背掃描疊加雙閃測試較升級前功率穩(wěn)定性提高0.03%，如圖6所示，電流穩(wěn)定性提升0.08%，如圖7所示。

圖6 測試功率穩(wěn)定性結(jié)果

圖7 測試電流穩(wěn)定性結(jié)果

4 結(jié)束語

為實(shí)現(xiàn)光伏平價(jià)上網(wǎng)的基礎(chǔ)，研制新結(jié)構(gòu)、開發(fā)新工藝一直是光伏電池生產(chǎn)制造中的重要環(huán)節(jié)［5］。N型Top con高效電池相比傳統(tǒng)P型晶體硅電池具有少子壽命高、無光致衰減及溫度系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前光伏電池技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。

由于市場上新出現(xiàn)的高電容，高效率電池組件，傳統(tǒng)較窄脈沖測試儀器帶來的IV曲線分離，以及穩(wěn)定性較差已不能滿足測試要求。

采用龍背掃描疊加雙閃測試（10ms＋10ms），來解決脈寬較短（10ms）內(nèi)分布的臺階數(shù)目有限，組件電容性過大，臺階上的取點(diǎn)有效數(shù)據(jù)有限，導(dǎo)致無法完全取得穩(wěn)定的準(zhǔn)確點(diǎn)，帶來功率電流穩(wěn)定性較弱的缺點(diǎn)。

減少對N型Top光伏組件測試結(jié)果的影響，獲得該類光伏組件電性能的精準(zhǔn)測試方法，可解決N型Top高電容光伏組件的測試問題。

同時(shí)龍背掃描疊加雙閃測試具有以下特點(diǎn)：短脈沖掃描，調(diào)制電子負(fù)載電壓曲線。

優(yōu)點(diǎn)：IV測試準(zhǔn)確性增加，穩(wěn)定性提高。

缺點(diǎn)：針對不同工藝調(diào)制電壓曲線，通用性差，測試點(diǎn)數(shù)少。而且雙閃測試帶來的測試時(shí)間較長，以及燈管使用次數(shù)增加等維護(hù)成本的增加也需要重視。