1、太阳电池的IV测试技术与聚光光伏测试,上海交通大学太阳能研究所 副教授 上海赫爽太阳能科技有限公司 CTO 徐 林 2012年12月6日,本报告的议题,1、太阳电池和组件的热斑 2、太阳模拟器种类 3、太阳模拟器要求 4、模拟器光谱对测试结果的影响 5、如何实现高等级的光谱 6、如何实现准确测试太阳电池(组件) 7、FF，Pm，Rs，Rsh等参量之间理论关系 8、特殊测试结果的理论解释 8、CPV太阳模拟器 9、中国模拟器的发展现状 10、模拟器未来发展的方向预测 11 、太阳模拟器的选择 12、上海赫爽太阳能产品介绍及特点,1、太阳电池和组件的热斑,1、太阳电池和组件的热斑,电池热斑,组热斑
2、件,2、热斑的分析手段,1、太阳模拟器测试IV特性 2、均匀光照的模拟器与热像仪 3、扫描电镜（SEM）和energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX),2、热斑分析试验三样品对比,Hot-spot development in some of the samples used in this experiment (a) no heating, (b) increasing temperature (sample 1), (c) increasing temperature in sample 2. These images were taken fro
3、m the samples that had been reverse biased for 1200 s,2、SEM成像图,SEM imageofahot-spotareaduringitsinitialstagesofdevelopmentat200and10 mm (sample1). SEM imageofahot-spotareaduringitsinitialstagesofdevelopmentat200and10 mm (sample1).,2、三样品的EDX图,2、太阳模拟器种类,3、太阳模拟器要求,IEC60904-9 太阳模拟器的要求,4、光谱对测试结果的影响,模拟器的发
4、光光谱与太阳电池的光谱响应决定了太阳电池的短路电流和其他性能参数,4、光谱对测试结果的影响,光谱影响模拟器的线性度 光谱失配造成模拟器使用时需要为不同光谱响应的被测电池和组件准备不同的标准太阳电池和组件,5、如何实现高等级的光谱,气体光源实现高等级光谱的条件:气体放电时要有高电流密度5400A/cm3以上 高电压梯度,5、如何实现高等级的光谱,充气气体分子量要大，电离电位与激发点位接近，并在放电时充分电离 充气气体的气压要足够高 例如200mm汞柱 放电色温要高,5、如何实现高等级的光谱,5、如何实现高等级的光谱,专利技术的LC网络充放电技术（专利号：ZL20031010813.1） 采用长弧
5、高气压氙灯，放电电流密度6000A/cm2， 采用预燃技术，放电前气体充分电离。,6、如何实现准确测试太阳电池,A 、对模拟器的要求幅照光均匀性高，幅照光稳定性高，线性度好（光谱匹配度高），电子负载线性度好及 严格的四线制测试,6、如何实现准确测试太阳电池,B 、对标准电池/组件的要求标准电池/组件IV性能数据是在STC条件的准确值，并要在规定时间内必须校验,标准电池要求,标准电池组件要求,6、如何实现准确测试太阳电池,C、 对测试环境的要求：温度25左右或已知电池准确的温度系数,7、FF，Pm，Rs，Rsh等参量之间理论关系,利用W函数建立太阳电池的IV模型,7、FF，Pm，Rs，Rsh等参
6、量之间理论关系,7、FF，Pm，Rs，Rsh等参量之间理论关系,7、FF，Pm，Rs，Rsh等参量之间理论关系,8、特殊测试结果的理论解释,IV曲线台阶解释的理论模型,8、特殊测试结果的理论解释,IV曲线台阶的理论结果,CPV的分类,CPV （Concentrated Photovoltaics）聚光光伏系统分类：按聚光强度的不同，可以分为低、中、高倍率聚光系统；按聚光方式的不同，可以分为反射式聚光54和透射式聚光55（如图）。聚光模块通常由主聚光器和二次聚光器组成。,CPV的分类,HCPV,HCPV（High Concentrated Photovoltaic）高倍聚光光伏系统，其聚光倍数=
7、F0（聚光单元辐照面积）/ FC（聚光电池辐照面积） 300,多结聚光电池光谱响应。 (a): InGaP/InGaAs/GaAs；(b): InGaP/InGaAs/Ge）,入射角对聚光效果的影响,CPV 系统与传统平板式光伏系统的一大区别在于：它要求太阳光相对于聚光系统垂直入射，否则聚光光斑难以准确的聚焦在聚光电池上，整套系统的光电转换效率将急剧下降,入射角对聚光效果的影响,CPV Solar Simulator的要求,辐照面积: 满足一个聚光模组的测试要求1m2*1 m2 辐照强度: 800-1000w/m2（AM1.5D） 辐照不均匀度:2% 辐照光谱:A级（AM1.5D）（300nm
8、-1800nm）（其中900-1800段可以适当放宽：主要是因为底电池电流密度较上两层大（2-3倍）， 辐照不稳定度:2% 光线入射角:包含两个层面含义：一，光的平行(准直)性；二，平行光与组件面法线方向的夹角（太阳光准直角0.27，目前有机构做到0.43）,CPV Simulator的设计,CPV Simulator设计,光收集效率：,透射式准直光学系统,反射式准直光学系统,线光源,点光源,球形一次反射面下探测面上的辐照度分布,椭球形一次反射面下探测面上的辐照度分布,平行光（准直光collimated）的测定,准直筒 准直标准电池,线聚光组件,9、中国模拟器的发展现状,中国的模拟器占据的国内
9、绝大多数市场 中国的模拟器靠性价比的优势正冲击国际太阳光伏装备市场 技术参数与国外相差无几 价格比国外极其低廉 自动化程度比国外弱 品牌知名度较国外弱,10、模拟器未来发展的方向预测,技术指标大幅提高光谱等级大幅提高，可能改变现有IEC标准对光谱等级的定义重复度将达到0.1%-0.05%，甚至更高线性度大幅提高，改变目前模拟器需要多块标准电池才能使用的现状单体电池测试仪的夹具水平大幅提高，测试接触电阻大大降低,10 、模拟器未来发展的方向预测,新型模拟器层出不穷超薄模拟器LED模拟器工业化宽光谱模拟器（300-2000nm）模块化模拟器（光伏计算机集成制造）,11 、如何选择太阳模拟器,A .
10、 模拟器级别选择：一般有A,B,C等级别，级别的区分主要是从光谱匹配度（Spectral match）、幅照光空间分布均匀性（Irradiance uniformity）、幅照光时间稳定性（Temporal stability）这三个方面，其中，光谱匹配度是关键和难点。B . 测试量程精度要求仪器对不同规格的太阳能电池或组件的测试精度满足需求否.C.模拟器幅照面积的选择模拟器幅照面积是否满足不同的太阳能电池或太阳能电池组件测试要求,11 、如何选择太阳模拟器,E. 幅照光强度范围的选择：辐照光强度的能否满足测试的需要，光强是否宽范围可调节；F. 辐照光方向的选择：辐照光是侧向，下向，或者上向辐
11、照，跟生产流水线能否适配G. 模拟器仪器使用环境的要求的选择 模拟器仪器使用环境的要求是否与生产环境要求适合,是否另行设置独立测试环境;,11 、如何选择太阳模拟器,H. 操作稳定可靠性,方便性仪器的操作使用要求低,操作简单I. 仪器测试功能测试仪器除了正常测试功能外,还有其他功能否J. 生产商的售后服务与技术发展能力生产商售后服务态度,能力,易损件价格合理与否产品的后续开发与产品升级技术能力,少子寿命分析仪 HS-L1单次闪光单体太阳电池测试仪 HS-C1系列单次闪光太阳电池测试分选机 HS-C2系列单次闪光大面积太阳模拟器 HS-M1, HS-M2系列便携式PV方阵测试仪 HS-A1系列,
12、太阳模拟器,上海赫爽公司的主要产品,赫爽公司主要产品 适用领域,同时, LC电容电感网络电源保证了光强在4ms或60ms数据采集期间的稳定性,使瞬时不稳定度达到=1%,可达到IEC60904-9的A级。, 模拟光重复性好；,氙灯电源采用多级LC电容电感网络充放电系统,利用电容电感特性,实现对氙灯的稳定高电压,大电流放电供电.产生足够宽的稳定脉冲方波光, 氙灯闪光稳定性好与灯寿命长;氙灯采用预燃,确保氙灯闪光的稳定性与保证灯的寿命;,赫爽公司 HS-C1/C2/M1/M2 系列产品的特点,IEC609049 氙灯与AM1.5的光谱失配, 模拟光与太阳光谱重合度高；光源采用氙灯，保证氙灯模拟光的光
13、谱匹配度达到到符合AM 1.5 IEC60904-9的Class B，滤光修正后可达Class A;,赫爽公司 HS-C1/C2/M1/M2 系列产品的特点,赫爽AAA级模拟器的光谱失配度0.88-1.11优于IEC class A,HS系列产品太阳能模拟器等级,赫爽公司 HS-C1/C2/M1/M2 系列产品的特点,10ms光源闪光期间光强曲线(光强准稳态保持超4ms),100ms光源闪光期间光强曲线 (光强准稳态保持近60ms),脉冲方波光宽，并平稳；脉宽最高可达 100 ms,可测薄膜太阳电池/组件;数据采集测试期间光强的不稳定=1%,赫爽公司 HS-C1/C2/M1/M2 系列产品的特
14、点, 海量测试数据，V-I曲线真实还原，测试结果精度高；嵌位式线性电子负载，四线制测试原理，高速多路同步采集，测试扫描数据量大，VI曲线还原真实，测试结果的短路电流，开路电压，最大功率，最大功率点电压，最大功率点电流，填充因子，转换效率等重复性好，参数的测试重复度都优于0.5%;,一台仪器,多量程测试选择;多种量程满足各种不同类型电池/组件测试,提高测试精度; 仪器运行稳定可靠；高性能大厂元件与部件,使整台设备的可靠性高，运行稳定; ADLINK专业工控机,保证测试速度,系统的准确度和稳定性,赫爽公司 HS-C1/C2/M1/M2 系列产品的特点, 软件功能强大；各种分档方式、打印输出与数据文
15、件储存、输出方式; 软件界面友好；对操作人员要求不高，操作方便;,赫爽公司 HS-C1/C2/M1/M2 系列产品的特点, 设备环境要求低；一般工业环境就能满足设备环境要求,不需专用测试环境; 性价比高;设备的功能丰富，售价合理;, 与国外同类产品相比，性价比、售后服务的优势明显；华南地区并设有分支服务机构;大陆外设置产品服务代理机构; 终身服务;软件免费升级，硬件终身升级服务; 客户个性化产品生产;模拟器的功能和结构可按广大客户要求订制！,赫爽公司 HS-C1/C2/M1/M2 系列产品的特点,HSPV 部分客户,总公司 上海赫爽太阳能科技有限公司 网址：WWW.HSPV.CN 地址：上海市闵行区剑川路894号 电话：021-64353259;64355285; 传真：021-64352877芜湖办事处 0553 4223106,谢 谢！,让我们携手共建伟大的光伏大厦!,
