电池片测试与分选
湖南神州光电能源有限公司
测试分选的原理
氙灯（模拟太阳光）
Pulsed solar load 电池 稳压电源
Berger测试仪
湖南神州光电能源有限公司
设备各组成部件
太阳模拟器：模拟正午太阳光，照射待测电池片， 通过测试电路获取待测电池片的性能指标。 电子负载：连接待测电池片、标准电池和温度探头。 获取待测电池片的电压、电流；通过标准电池获取光 强信号；通过温度探头获取测试环境温度，并将这四 组数据提供给采集卡做分析、处理。 控制电路：提供人机界面，和控制接口，提供操作 界面和参数设定。
解析：
湖南神州光电能源有限公司
效率分档表（现阶段）
单晶15%以 下为低效片 多晶14%以 下为低效片
湖南神州光电能源有限公司
湖南神州光电能源有限公司
光普照度
AM=1/sin@ =0 @=90˚ 太阳
宇宙真空环境
高层大气 平流层 对流层 @≈41.3˚ AM=1/sin@=1.5 大 气 环 境
地球
湖南神州光电能源有限公司
Trash档判断标准
反向电流Irev>5.6A； 测试光强E范围在950~1050 测试温度T在23~27℃ 串阻Rs＞0 填充因子68<FF<80
标准光强 等同于
1000W/m2 0.1W/cm2 100mW/cm2
湖南神州光电能源有限公司
通过转换效率求功率
例3 有一电池片转换效率17%，单片面积 24336mm2 ，求最大功率Pm。 S=24336mm2=243.36cm2 Pin=243.36cm2 *100mW/cm2=24336 mW Pm＝Pin*η=24336mW*17%=4137.12 mW =4.13712W
在某特定温度和辐射度条件下，光伏发电器在短路状态下的输出电流；与电池
面积、光强、温度有关。
3.
最大功率点
在太阳电池的伏安特性曲线上对应最大功率的点，又称最佳工作点。
4.
最佳工作电压
太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压。通常用Vm表示
5.
最佳工作电流
太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流。通常用Im表示
电池温度升高，开路电压减 小，短路电流有轻微的上升，效率降 低
电压的变化与电池温度呈线 性比例关系
湖南神州光电能源有限公司
Байду номын сангаас2.温度
电池温度对Voc的影响 -2.4mV/℃/series cell
电池温度对Isc的影响 +15~20μA/cm2/℃ 电池温度对Pmax的影响 -0.45%/℃
湖南神州光电能源有限公司
影响性能参数的因素
发光强度（辐射度） 温度 光谱分布
湖南神州光电能源有限公司
1.发光强度
Isc与发光强度成正比， 而Voc的变化与发光强度成 对数关系
原因：辐射度的改变， 则进入太阳能电池的光子 数目改变，相应激发的电 子数目就改变
湖南神州光电能源有限公司
2.温度
7.
8.
9.
湖南神州光电能源有限公司
测试电池性能参数
10. 串联电阻
Rs=rmf+rc1+rt+rb+rc2+rmb
湖南神州光电能源有限公司
测试电池性能参数
11.
1. 2. 3.
并联电阻：指太阳能电池内部的、跨连在电池两端 的等效电阻 并联电阻小可能由于：
边缘漏电（刻蚀未完全、印刷漏浆） 体内杂质和微观缺陷 PN结局部短路（扩散结过浅、制绒角锥体颗粒过大）
湖南神州光电能源有限公司
3.
光谱分布
光谱分布：光的能量以 不同的波长和颜色传播的 分布图 在大气层外的太阳光光 谱分布接近于6000℃黑体 光谱分布
湖南神州光电能源有限公司
3.光谱分布
电池电性能测试I-V曲线
湖南神州光电能源有限公司
3.光谱分布
太阳电池的能量来源是来自太阳光，因此太阳光的强度与光谱就 决定了太阳电池的输出功率。有关太阳光的强度与光谱，可以用 光谱照度来表示，也就是每单位波长每单位面积的光照功率，单 位为W/m2μm.而太阳光的强度则为所有波长之光谱照度的总和， 单位W/m2。 光谱照度与量测位置及太阳相对于地表的角度有关，这是因 为太阳关在抵达地面之前，会经过大气层的吸收和散射。位置与 角度的这二项因素，一般是以所谓的空气质量来表示。例如， AM1代表着地表上太阳正射的情况，此状态下的光强度为925 W/m^2。而AM1.5则代表在地表上太阳以41.3度角入射的情况， 此状态下的光强度为844 W/m^2。一般AM1.5 被用来代表地表 上太阳的平均照度
湖南神州光电能源有限公司
提高转换效率的方法
1.
2.
3. 4.
减少光线自半导体材料表面的反射 减少串联电阻 增加入射光的面积 减少表面发生再复合的几率
湖南神州光电能源有限公司
转换效率的计算
单位换算： 1MW=1,000,000W 1W=1000mW 1m=100cm 1m2=10000cm2
测试分选的目的：
通过模拟太阳光照射，在标准条件下对电池片进行测试，把不同 电性能的电池片分档
湖南神州光电能源有限公司
测试分选工艺原理
太阳能电池分选机专门用于太阳能单晶硅和多 晶硅电池片的分选筛选。通过模拟太阳光谱光 源，对电池片的相关电参数进行测量，根据测 量结果将电池片进行分类。独有的校正装置， 输入补偿参数，进行自动/手动温度补偿和光 强度补偿，具备自动测温与温度修正功能。主 要用于单晶硅和多晶硅太阳能电池的电性能参 数的分选和结果记录。
湖南神州光电能源有限公司
影响太阳电池片效率的因素
1.
2.
3. 4. 5.
反射损失：由于部分的太阳光源会自材料的表面反射掉，因而转换 效率会损失，因此寻求降低光线反射的方法，将有助于提升效率。 表面再复合损失：由光产生的电子-空穴对，可能会在表面产生再 复合现象（也就是电子又填回空穴的位置），因此产生的电流变小了。 这样的损失就称为表面再复合损失。 内部再复合损失：如果由光产生的电子，由于太阳电池材料内部的 缺陷而发生产生再复合损失就称为内部再复合损失。 串联电阻损失：太阳电池内部或电路的电阻，会使得通过的电流产 生的焦耳热之串联电阻损失。 电压因子损失：因光线而产生的载子，在PN结面受到空乏区内部电 场的影响而移动，因而产生电荷的分极化衍生一个新的电场。因此影 响到因掺杂物扩散所产生的内部电位之大小。这样的损失就称为电压 因子损失。
探针与电池片的正确接触
湖南神州光电能源有限公司
太阳电池等效电路
I IL Rs
+
RL
Rsh
ID
v
-
湖南神州光电能源有限公司
IV特性测量-IV曲线
湖南神州光电能源有限公司
测试电池性能参数
1.
开路电压
在某特定的温度和辐射度下，光伏发电器在无负载（即开路）状态下的端电压。 与光强、温度有关。
2.
短路电流
湖南神州光电能源有限公司
太阳能模拟器的组成
控制电路：实现氙灯闪灯控制，电容充 电/放电控制。 电容充电电路：实现对超级电容的充电和 过压保护，在程序控制下稳定电容电压。 氙灯高压电路：产生近9千伏的高压，点 亮氙灯
湖南神州光电能源有限公司
湖南神州光电能源有限公司
用于太阳模拟器的光源
湖南神州光电能源有限公司
湖南神州光电能源有限公司
电池片测试与分选
湖南神州光电能源有限公司
电池片的工作原理
湖南神州光电能源有限公司
电池片的工艺流程
清洗与制绒 扩散 边缘蚀刻
印刷电极
PECVD
去磷硅玻璃
烧结
分选测试
检验入库
湖南神州光电能源有限公司
测试分选的基础和目的
测试分选的基础：
太阳电池在一定温度下接受在一定的辐照度的太阳光照射。 在接受照射的同时变化外电路负载。 流出负载的电流I和电池端电压V的数据和关系曲线。 根据数据和曲线由计算机软件系统计算出各种电性能参数
湖南神州光电能源有限公司
影响太阳电池片效率的因素
目前商业化的太阳电池之实际效率，与其理论极 限还有一段差距，例如单晶硅太阳电池的理论值可以 达到27%左右，但实际的商业量产仅为10%~20%之 间。造成这中间差异何在呢？ 造成转换效率损失原因： 影响太阳电池效率的主要因素为半导体材料之选择， 由于每种材料之能阶隙的大小与其所吸收的光谱各有 不同，所以每种材料有其一定的理论能量转换效率。 这个原因是因为材料的光谱接受度与太阳光线的光谱 之不相契合之故，也就是说太阳电池依其材料之不同， 只能吸收一定范围内的光谱能量。
标准光源选择
湖南神州光电能源有限公司
太阳能模拟器标准
湖南神州光电能源有限公司
测试设备原理图
湖南神州光电能源有限公司
测试设备原理框图
湖南神州光电能源有限公司
测试分选的标准条件
辐照度： 1000W/m2 温度： 25℃ AM (air mass): 1.5
外部监控电池
红外线测温仪
湖南神州光电能源有限公司
湖南神州光电能源有限公司
测试电池性能参数
6.
转换效率 ：受光照太阳电池的最大功率与入射到该太阳电池上的全
部辐射功率的百分比。 η= Vm Im / At Pin其中Vm和Im分别为最大 输出功率点的电压和电流，At为太阳电池的总面积，Pin为单位面积 太阳入射光的功率。 填充因子:太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流乘积之比，通 常用FF表示： FF = Im*Vm/ Isc*Voc Isc*Voc是太阳电池的极限输 出功率，ImVm是太阳电池的最大输出功率，填充因子是表征太阳电 池性能优劣的一个重要参数。 电流温度系数：在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化 10C ，太阳电池短路电流的变化值，通常用α表示。对于一般晶体硅 电池 α= + 0.1%/oC。 电压温度系数:在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化 1oC ，太阳电池开路电压的变化值，通常用β表示。对于一般晶体硅 电池 β = - 0.38%/oC。
