异质结太阳电池产业化I-V测试关键问题与解决方案陕西众森电能科技有限公司 张鹤仙

异质结太阳电池产业化 I-V测试 关键问题研究与解决方案 陕西众森电能科技有限公司 张鹤仙 2021年 5月 21日 无锡 晶体硅先进光伏技术和材料论坛 2021年度 春季会议 G CO NTENT 公司简介1 异质结电池测试关键问题与解决方案2 钙钛矿电池测试关键问题与解决方案3 结论4 22021/5/21 2021/5/21 3 G 1 公司简介 2021/5/21 4 G 公司简介 为全球超过 1200家光 伏企业提供优质的产 品和服务，产品远销 全球三十余国家。 . 自 2015年推出新一代 高效组件测试设备以 来，累计交付设备产 能超过 200GW。 2000年推出首台模拟器 产品以来，截至 2020年 底，累计交付 4000余台。 2006年成立于西安，包 括西安总部研发中心与咸 阳生产基地，现有员工 230余人，其中研发人员 60余人。 2021/5/21 5 G 产品序列 模拟器检测设备  组件模拟器（组件自动测试工装、温 度系数）  电池模拟器（ PERC/Ttopcon/异质结 /钙钛矿 /IBC/空间砷化镓 … ）  IV-EL一体检测设备  电站移动检测车 … 工艺自动化设备  全自太阳电池动分选机  激光切片机  太阳电池光钝化炉 /抗光衰炉  光衰试验箱（电池 /组件） 2021/5/21 6 G 2 异质结电池产业化测试关键问题与解决方案 2021/5/21 7 G 异质结电池产业化 I-V测试面临的挑战 1 特性 电容效应 温度效应 规格 大尺寸（ 182/210/2NX） 双面、半片 量产 高产能 量产成本 2021/5/21 8 G 电容效应 • 长脉冲 /稳态测 试方案测试算 法 双面、双半片 测试 • 双光源测试方案 • 双通道测试方案 温度影响 • 电池温度管控方 案 • 测试环境温度管 控方案 MBB/NBB/HBC • 测试探针技术 异质结电池产业化 I-V测试面临的挑战 2 2021/5/21 9 G 电容效应 电容效应 偏差 ： 𝜖𝑚𝑝𝑝 𝑡 = 𝑒 Τ−𝑡 𝑅𝑆𝐶j 𝐼𝑚𝑝𝑝𝑅𝑠 ∆𝑉Gsolar 2021/5/21 10 G 电容效应 2 No. Type Pulse Length(ms) 2014年 2020年 1 Poly-cSi 4 —— 2 PERC 16 30 3 TOPCON —— 100 4 Hetrojunction 459-1020 1000 2018年 2021年 Record 国内量产效率 22.5-23% 24-24.5% 25.11% 国内量产 Voc 735mV ＞ 740mV 747mV 不同类型电池的匹配测试脉宽 国内异质结电池量产平均效率 Gsolar Gsolar 2021/5/21 11 G 电容效应 3 HJT TOPCON PERC 5.65 5.66 5.67 5.68 5.69 5.70 5.71 5.72 400 500 600 700 800 900 I-V V-I Aver. 5.700 5.704 5.708 5.712 5.716 5.720 5.724 850 900 950 1000 I-V V-I Aver. 【 测试条件 】 室温 25℃ ， HJT电池，间隔 30S。 HJT Gsolar Gsolar Gsolar Gsolar 2021/5/21 12 G 异质结电池产业化 I-V测试技术对比 Tech Pulse Length Accuracy Cost Capacity Thermal Effect Production 常规 10ms 长脉冲 100ms 稳态 ＞ 1s 长脉冲 +算法 100ms ? Gsolar 2021/5/21 13 G 匹配异质结电池测试的算法（ GHW）方案 1 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 明特性测试 IV曲线 暗特性测试数据转换明特性 IV曲线 太阳电池明特性等效电路 太阳电池 暗 特性等效电路 Gsolar Gsolar Gsolar 2021/5/21 14 G 匹配异质结电池测试的算法（ GHW）方案 2 Pulse Eff Isc Voc FF Pmax Ipm Vpm 400ms 偏差 -0.02324 -0.00325 -0.00049 0.00000 -0.00565 -0.02473 0.00106 比值 0.99900 0.99967 0.99934 1.00000 0.99900 0.99730 1.00171 500ms 偏差 -0.01549 -0.00158 -0.00042 0.00005 -0.00377 -0.01745 0.00077 比值 0.99934 0.99984 0.99943 1.00006 0.99934 0.99809 1.00124 600ms 偏差 -0.01846 -0.00026 -0.00046 -0.00011 -0.00449 -0.01800 0.00073 比值 0.99921 0.99997 0.99938 0.99986 0.99921 0.99804 1.00118 700ms 偏差 -0.00683 -0.00035 -0.00045 0.00028 -0.00166 -0.01283 0.00069 比值 0.99971 0.99996 0.99939 1.00036 0.99971 0.99860 1.00111 800ms 偏差 -0.01930 0.00106 -0.00052 -0.00019 -0.00469 -0.00991 0.00016 比值 0.99917 1.00011 0.99930 0.99976 0.99918 0.99892 1.00026 900ms 偏差 -0.01103 -0.00103 -0.00049 0.00023 -0.00269 -0.01566 0.00077 比值 0.99953 0.99989 0.99934 1.00029 0.99953 0.99829 1.00124 23.28 23.30 23.32 23.34 23.36 23.38 23.40 23.42 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 Long Pulse & GHW Eff(L) Eff(SUL) 长脉冲与 GHW算法的测试对比 Gsolar 2021/5/21 15 G 匹配异质结电池测试的算法（ GHW）方案 3 长脉冲与 GHW算法的测试重复性 ID Eff Isc Voc FF Pmax Ipm Vpm 长脉冲极差 0.02098 0.00541 0.00049 0.00026 0.00511 0.00855 0.00055 长脉冲差和比 0.045% 0.028% 0.033% 0.017% 0.045% 0.047% 0.044% GHW极差 0.01443 0.00513 6E-05 0.00045 0.00351 0.04343 0.00288 GHW差和比 0.031% 0.026% 0.004% 0.029% 0.031% 0.237% 0.232% 【 测试条件 】 异质结电池，测试脉宽为 400ms， GHW等效 400ms脉宽，室温 25℃ ，间隔 30S，连续测试 20次。 Gsolar 2021/5/21 16 G 匹配异质结电池测试的算法（ GHW）方案 4 不同物理脉宽的等效脉宽与适用电池类型 NO. Phy. Pulse Length（ ms） Equ. Pulese Length（ ms） Cell Type Xenon Lamp Time 1 3 120 PERC 3000W 2 5 240 PERC/TOPCON 2000W 3 10 530 TOPCON 1000W 4 20 1100 HJT 500W 5 30 1700 HJT 300W 6 40? ＞ 2400 Perovskite？ Gsolar 2021/5/21 17 G 匹配异质结电池测试的算法（ GHW）方案 5 GHW测试方案与其他测试方案的对比 Tech Pulse Length Accuracy Cost Capacity Thermal Effect Production 常规 10ms 长脉冲 100ms 稳态 ＞ 1s 长脉冲 +算法 100ms ? 众森 GHW 20ms Gsolar 2021/5/21 18 G 匹配 210以上规格的 I-V测试能力 优于 IEC60904-9的 3A+ • Non-uniformity:＜ 0.5%(230× 230， 11× 11点 ) • Temporal instability: ＜ 0.1%， scan time 100ms • Specitral match to AM 1.5: 0.9-1.1 重复性 • 短期静态重复性： 0.02%（ 10次测试）。 • 长期静态重复性： 0.03%（ 6000次测试）。 • 动态重复性： 0.04-0.05%（ 10片 9次）。 测试对标 • 同标片校准后，效率极差 0.04%，平均极差 0.02%。 UI交互与软件配置 • 全新 UI设计，可根据使用习惯自由配置显 示单元； • 配置信息、运行状态、通信状态、历史数 据一屏显示； • 配合产线 PLC，实现全自动测试与过程日 志记录 机台 标片 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 平均 Gsolar 22.92% 22.93% 22.95% 22.95% 22.89% 22.95% 22.99% 22.94% 22.90% 22.90% 22.93% 对标机台 22.92% 22.97% 22.94% 22.97% 22.92% 22.93% 22.96% 22.91% 22.89% 22.90% 22.93% 差值 0.00% -0.03% 0.01% -0.02% -0.03% 0.02% 0.04% 0.03% 0.01% 0.00% 0.002% 2021/5/21 19 G 大尺寸异质结电池 I-V测试方案 1. 电池类型： 158-210，最大 230mm×230mm；异质结、 topcon、 PERC。 2. 最大产能： 4000pcs/h。 3. 低测试成本。 4. 可支持双半片同步测试。 2021/5/21 20 G 3 钙钛矿 /异质结 -钙钛矿叠层电池 I-V测试方案 2021/5/21 21 G 钙钛矿 /异质结 -钙钛矿电池 I-V测试方案 电 子 负载 基于 LED（ +卤钨灯）的稳 态光源 • 3A级模拟器 。 • 光谱范围： 300-1200(1800)nm • 不同光谱波段独立调制 • 最大测试面积 1.5m×2.5m • LED光源寿命＞ 50000h。 异质结 -钙钛矿电池测量专 用 I-V软件 • 基本电性能参数测量与 Dark I-V特 性。 • 支持正扫和反扫，可以设置 IV扫描 步长和扫描时间， 确定 适合的 测试 曝光时间 。 • Voc/FF/Isc可进 行 校准。 I-V测量采集系统 • 四像限电压 -电流源表 • 最大电压量程 : ±20V • 最大电流量程 : ±1A • 电流量程： 1A, 100mA， 10mA • 四线测量法； 2021/5/21 22 G 4 结论 2021/5/21 23 G 结论 I. 异质结电池 I-V测试满足产业化要求的关键问题，是随着转换效率的持续提升愈加 凸显的电容效应。 II. 目前的测试方案从测试的准确性，与生产匹配的测试节拍与成本方面均有不同程 度的局限。 III. Gsolar最新开发的 GHW测试技术。在短脉宽时等效 1100-1700ms的脉宽，可有 效消除异质结电池的电容效应，并在测试节拍与成本方面有明显的竞争优势。 IV. 基于 LED（ +卤钨灯）稳态光源的模拟器方案，可以为钙钛矿 /异质结 -钙钛矿叠层 电池提供一个稳定可靠的测试评价平台，助力其产业化进程。 2021/5/21 24 THANK YOU FOR YOUR ATTENTION! E-mail: zhx@gsola.cn WeChat: 28996480 专业 专注 异质结电池产业化测试解决方案，让每分效率增长都有价值！