HIT、IBC高效太阳能电池IV测量技术-张余

IVT SOLAR 上海伟信 • 新能源科技为太 阳 能 及 光 伏 行 业 提 供 完 整 的 测 试 方 案 7/11/2018 test solutions for the photovoltaic community HIT 、 IBC及其它高效太阳能电池 I-V测量技术  高效太阳能电池 I-V曲线的迟滞效应 (Hysteresis Effect)  产生迟 滞效 应 原因  影响迟滞误差 (hysteresis error) εmpp(t) 的因素  直接测量法：曝光时间可调的长脉冲 (稳态 )模拟器  长 曝光时间对电池体温的影响以及修正方 法  间接测量法：短脉冲 Flash+暗特性修正的 测量方法  二种方法的测量结果比较  其 它 间接测量法：短脉冲 Flash的测量方 法  MBB电池和叠瓦电池的测试方案 , 以及 IBC电池测量夹 具 5/8/2018 高效太阳能电池 I-V测 试技术： 迟滞效 应对 测量准确性的影 响 2 专题 I: 迟 滞效应 (Hysteresis Effect) 对测量准确性的影响 高效电池的迟滞效应 (Hysteresis Effect) 资料来源： N. Rebea et PASAN SA τ is the minority carrier lifetime, n is the diode quality factor, 定义： 迟 滞误差 /hysteresis error (ε)： 最大功率点的 迟滞误 差： 以上电路可以简化为如下的等效电路： Req：串阻的等效电阻， Veq： 等效电压 影响 迟 滞效 应 εmpp大小的因素： 1. ΔV：负载电压变化的步长 /台阶 , ΔV =扫 描电压范 围 / 采样点数， 2. Cd： 扩散电 容， 与少数载流子成线性关系，与 Voc成指数关系； 3. Req：电池 的等效串 阻 ； 4. Impp (最大功率点的电流 )。 资料来源： Q Gao 扫 描时间越短， dVdt越大， Ic也就 越 大。 产生 迟 滞效应 (Hysteresis Effect) 的 原因 当从 Voc -Isc扫描， HIT电池的扩散电容向负载“放电”，流经电阻负载或 者源表的电流是电池电流 ＋ 电容的“放电电流”。 电容 的“放电电流 ” : Ic＝ Cd dVdt; 扫 描时间越短， dVdt越大， Ic也就 越 大。 18.6 19 19.4 19.8 20.2 20.6 21 21.4 21.8 22.2 30 50 70 90 110 130 150 EFF_正扫 EFF_反扫 Eff_稳态模拟器 20.6 21 21.4 21.8 22.2 22.6 23 23.4 23.8 24.2 30 50 70 90 110 130 150 正扫 _EFF 4BB-HIT-3 反扫 _EFF 4BB-HIT-3 Eff_稳态模拟器 HIT电 池的迟滞效应 (Hysteresis Effect) 效 率 20.28% /FF 76%的电池的效率差异： ΔEff=1.64% 效 率 22.3%/ FF 80.8% 的电池的效率差异： ΔEff=3% 测试的实际数据显示： 1. 电池的效 率越高（少数载流子长，等效串阻小，开压越高 ）， 正反扫描的差异性越 大 ； 2. 正向 -反向扫描测量到的 Eff 对应 Scan Time 是一种“指数”关系， 符合电容的冲放电特 性。 3. 结电容的充 -放电回路有不同的回路电阻， 所以正 -反向扫描曲线与真值不是“上下对 称”的。 76.00 77.00 78.00 79.00 80.00 81.00 82.00 83.00 84.00 85.00 86.00 87.00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 FF (%) @Isc Voc FF (%)@Voc Isc 20.60 20.80 21.00 21.20 21.40 21.60 21.80 22.00 22.20 22.40 22.60 22.80 23.00 23.20 23.40 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Eff (%) @Isc Voc Eff (%)@Voc Isc HIT电 池的迟滞效应 (Hysteresis Effect) 3. 一旦扫描时间足够长，比如 300ms以上， 其 FF/Eff 对应扫描时间接近“线性 关系 ”，就可以采用修正系数的方法获得 FF --- 0.5Sun测量 Rs ：正扫 --- 计算：以定标的参考标片为依据，定义出“五条曲线的相关性”参数，以 此作为后续测量的“修正系数”。 资 料来源 ： J Metzdorf, S. Winter, “ANALYSIS AND CORRECTION OF ERROR IN I-V CHARACTERISTIC OF SOLAR CELL DUE TO TRANSIENT MEASUREMENTS” 12th EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE, 1994 理论基础： 高效电池的暗 I-V特性曲线能够表征在光照条件下， 1 sun 的 I-V特性曲线， 二极 管的结电容特性在光照和无光照条件下是一样的。 短脉冲 +暗测试修正法的 测量误差 75.50 76.00 76.50 77.00 77.50 78.00 78.50 79.00 79.50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 FF-稳态 FF-用效率 22.3%/FF80.9%标片定标 FF-用效率 21.8%/FF78.8%的标片定标 FF-用效率 21.4%/77.3%标片定标 1. 采用三种不同效率的电池片定标模拟器， 得出不同的测量结果。如上图所 示，对同一批 37片电池，得到三种不同的 FF。 21.00 21.10 21.20 21.30 21.40 21.50 21.60 21.70 21.80 21.90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 EFF-稳态 EFF-用效率 22.3%标片定标 EFF-用效率 21.8%的标片定标 EFF-用效率 21.4%标片定标 短脉冲 +暗测试修正 法的测量误差 2. 可以确认： 短脉冲 +暗测试修正 法，从特 定标 片获得的“修 正系 数”不 能普 遍适用不同填充 /效率的电池片。 HIT电池测量方法四： 短脉冲 +暗测试修正法 具体的测量方法： --- 暗 I-V特性测量：正扫 +反扫 + 长时 间扫描 ； --- 亮 I-V特性 测 量： 正 扫 +反扫 ; --- 计算： 暗 I-V曲线 上下 平移： ΔI = Isc， 暗 I-V曲 线横向平移： ΔV = Rs x Isc: 理论基础： 高效电池的暗 I-V特性曲线能够表征在光照条件下， 1 sun 的 I-V特性曲线， 二极 管的结电容特性在光照和无光照条件下是一样的。 稳态长脉冲 模 拟 器 I-V测量分档系统的技术优势： 1. 曝光 以及 IV扫描测量时间无级可调 ： 从 10ms 到持续长开， 能够 对高效高容性电池充分曝光，扫描速度与其电容的时间常数匹 配。消除了正向 -反向扫描的 迟滞特性所造成的测量误差。 2. 产能大 ：即使采用 150ms的曝光 -扫描时间，单机 -单轨产能也能 够达 到 3200片 /小时。 3. 单枝氙灯可连续使用 2500小时 ， 3.5个 月。以 10%的待机时间计 算，单根氙灯能够产出 ： 6百 万片。 性能 参数指标 Throughput/ 产能 2800片 /小时 Flash Duration/ 曝光时间 可任意设定： 10ms – 5000ms Flash Profiles / 曝光形式 三级曝光： 100% -- 50% -- 0% Repeatability/ 测量重复性 1 sigma (%) ± 0.1% @ 静 态 测量(**) Voltage Measurement Range/ 电压量程 ±1V / ±2V / ±5V / ±10V / ±20V Current Measurement Range/ 电流量程 ±10mA / ±100mA / ±1A / ±10A / ±15A Measurement Resolution / 测量分辨率 0.005% 满量程读数 Electronic Load / 电子负载 有源 4像限源表 Spectral Mismatch/ 光谱失配 ±12.5%， @ Wavelength range: 300nm – 1200nm Non-uniformity /光照均匀性 ≤ 2% Short term instability / 短时间光照稳定性 0.1% Long-term instability / 长时间光照稳定性 0.5% Lamp Lifetime / 灯的使用寿命 2500小时 / 3.5个 月 长脉 冲 产 线用太 阳能电池 I-V分 选 机 MBB电池 /常规 /叠瓦的 测量夹具 IBC Solar Cell 的特点： 1. 背面 不 光滑平整； 2. 测试 台表面要绝缘，耐摩； 3. 每根 Busbar上尽可能多的探 针，以减少导电银浆电阻的影 响。 4. 探 针数量越多，探针的顶力越 大， 电池受的力 越 大，真空吸 附 要求越 多。 IBC 夹具 --- 测试位置（探针上顶） 在线 I-V测试 -分选设备 合作配套过的自动化厂商：台湾致茂，马来西亚 TTVision，深圳科隆威，意大利应用材料 在线 I-V测试机 +EL 配置 配置 1： IV+ EL 二合一  成 本低，共用源表 , 电脑和测试台；  产能： 2500/小时 配置 II： IV / EL 独立的工作站  产能高： 3200/小时；  成 本适中： EL可以 采用国产厂商 咨询热线： 021-68863911 邮箱： yu.zhang@visiontec.com.sg 网址： www.ivt-solar.com www.ivt-solar.cn 地址：上海市浦东新区张江高科技园碧波路 250号 2号楼 1楼 上海伟信新能源科技有限公司 新加坡维信科技 • 上海办事处