專利名稱：一種再現(xiàn)功能的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料檢測(cè)方法，特別涉及一種再現(xiàn)功能的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)，太陽(yáng)能電池發(fā)電處于突出位置，成果顯著。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用中，體現(xiàn)在太陽(yáng)能電池發(fā)電技術(shù)商業(yè)化，以下兩點(diǎn)顯得尤為重要
1、太陽(yáng)能電池產(chǎn)品效率的提高，因此研究測(cè)試太陽(yáng)能電池本身的轉(zhuǎn)換效率是一個(gè)值得關(guān)注的研究領(lǐng)域； 2、太陽(yáng)能電池產(chǎn)品的多元化，如非晶硅薄膜電池、單晶硅電池和新型HIT電池等。因此研究一種高精確度通用的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)是有著非常重大的實(shí)用意義的。
通?？梢詫y(cè)試太陽(yáng)能電池的電性能歸結(jié)為測(cè)試它的伏安特性，由于伏安特性與測(cè)試條件有關(guān)，因此必須在統(tǒng)一規(guī)定的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行測(cè)量。北京新時(shí)代出版社1987年12月出版的《太陽(yáng)光發(fā)電》97-149頁(yè)描述了一種太陽(yáng)能電池測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)條件總輻射為AMl. 5的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光光譜，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度為25°C ±2°C。于此標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，測(cè)試單體太陽(yáng)能電池的參數(shù)主要有開路電壓、短路電流、最佳工作電壓、最佳工作電流、最大輸出功率、填充因子、光電轉(zhuǎn)換效率、內(nèi)部串聯(lián)電阻、內(nèi)部并聯(lián)電阻等宏觀參量。
依據(jù)上述測(cè)試原理，現(xiàn)代太陽(yáng)能電池測(cè)試裝置是由太陽(yáng)光模擬器、電子負(fù)載及微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成的成套或配套設(shè)備。現(xiàn)在業(yè)界太陽(yáng)光模擬器有穩(wěn)態(tài)式和脈沖式兩種，兩種方式所模擬的太陽(yáng)光譜和AMI. 5下標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜接近但不吻合，稱為光譜失配。光譜失配直接導(dǎo)致測(cè)試精度降低，從而影響太陽(yáng)能電池的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動(dòng)復(fù)現(xiàn)功能的測(cè)試方案，糾正光譜失配引起的誤差，使測(cè)試結(jié)果更精確。 —種再現(xiàn)功能的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)，由太陽(yáng)光模擬器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備組成，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以讀取太陽(yáng)能電池的即時(shí)電流、電壓、相應(yīng)的溫度參數(shù)和光譜測(cè)量值，并將其數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理設(shè)備；數(shù)據(jù)處理設(shè)備接受數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并最終完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下iv值得復(fù)現(xiàn)。 數(shù)據(jù)處理設(shè)備中預(yù)先存儲(chǔ)有AMI. 5下標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)及其它已知參數(shù) 使用本發(fā)明進(jìn)行太陽(yáng)能電池測(cè)試時(shí)的步驟有 (1)測(cè)量AMI. 5下標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜、標(biāo)準(zhǔn)電池的光譜響應(yīng)和太陽(yáng)光模擬器的光譜數(shù)據(jù)，并將之存入數(shù)據(jù)處理設(shè)備； (2)開啟太陽(yáng)光模擬器照射測(cè)試太陽(yáng)能電池，數(shù)據(jù)采集設(shè)備測(cè)試太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)、IV值和相應(yīng)的溫度參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理設(shè)備；
(3)數(shù)據(jù)處理設(shè)備計(jì)算出復(fù)現(xiàn)因子AST，并依據(jù)AST和溫度參數(shù)，將非標(biāo)準(zhǔn)的電流值復(fù)現(xiàn)到標(biāo)準(zhǔn)條件下的電流值，得到復(fù)現(xiàn)后的太陽(yáng)能電池相關(guān)參數(shù)，如填充因子、轉(zhuǎn)換效率等，并繪出最終標(biāo)準(zhǔn)條件下的IV特性曲線。 經(jīng)上述步驟(2)采集的電池光譜響應(yīng)、IV值由于測(cè)試環(huán)境的溫度變化和模擬太陽(yáng)光源光譜與標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜不匹配會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在實(shí)施例中，將詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)處理設(shè)備對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)處理修正誤差、復(fù)現(xiàn)IV值得方法。 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明可以在原測(cè)試硬件平臺(tái)上，通過(guò)軟件升級(jí)的方式引入自動(dòng)復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)，高效可靠的糾正原測(cè)試平臺(tái)中光譜失配的弊端，免去了升級(jí)硬件平臺(tái)帶來(lái)的資金、資源的浪費(fèi)，具有很高的性價(jià)比。


圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)框圖 圖2為使用本發(fā)明修正后的IV曲線與實(shí)際測(cè)量的IV曲線比較圖
圖3為本發(fā)明中復(fù)現(xiàn)算法流程圖
具體實(shí)施例方式
本太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)能夠根據(jù)測(cè)試時(shí)間控制太陽(yáng)光模擬器的開關(guān)，通過(guò)采樣電路、溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)讀取太陽(yáng)能電池的即時(shí)電流、電壓和相應(yīng)的溫度和光譜測(cè)量值等參數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)值運(yùn)算處理，得到逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的I、 V值，從而繪出逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的I-V特性曲線，并計(jì)算得出填充因子、光電轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)。
為實(shí)現(xiàn)上述功能，本實(shí)施例中的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)由ADLINK公司生產(chǎn)的PCI-9111系數(shù)據(jù)采集卡(DAQ) 、X86兼容機(jī)、Nicolet公司生產(chǎn)紅外光譜儀和國(guó)產(chǎn)短弧氤燈系統(tǒng)組成。進(jìn)行測(cè)試的太陽(yáng)能電池為標(biāo)準(zhǔn)電池(SANYO ELECTRIC CO. LTD，條件AMl. 5，輻照度IOOO. 0W/m2，溫度25士rC， Isc = 6. 58mA， V。c = 2. 48V)。 測(cè)試之前預(yù)先測(cè)得本系統(tǒng)短弧氙燈系統(tǒng)的光譜數(shù)據(jù)，連同AMI. 5下標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜、標(biāo)準(zhǔn)電池的光譜響應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)電池的太陽(yáng)能電池的標(biāo)定值ISK，電流電壓的溫度系數(shù)，被測(cè)電池的內(nèi)部串聯(lián)電阻，溫度系數(shù)K作為本系統(tǒng)的確定參數(shù)存入電腦。 測(cè)試時(shí)，樣品電池置于載片臺(tái)，通過(guò)DAQ采集樣品電池光譜響應(yīng)、電流、電壓數(shù)據(jù)。采集的電池光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸至進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的處理器。
經(jīng)過(guò)上述測(cè)試后的數(shù)據(jù)，誤差主要源于在兩方面 ①測(cè)試環(huán)境中溫度的變化。測(cè)試過(guò)程中由于氙燈照射導(dǎo)致電池表面溫度上升，影響電池的性能，故需要修正還原為標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下的數(shù)值。 ②被測(cè)太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)不同，有的相差很
遠(yuǎn)。即模擬光源光譜與太陽(yáng)光譜不匹配和被測(cè)電池光譜響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)電池光譜響應(yīng)不匹配。 所以數(shù)據(jù)處理將對(duì)測(cè)試后數(shù)據(jù)進(jìn)行以下處理 (1)修正溫度對(duì)電流電壓參數(shù)造成的偏差 根據(jù)如下公式 I2 = 1,Isc(IsR/I服-l) + a (T2-T工) V2 = V, P (T2—1\) _RS (12—1》—KI2 (T2—1\)
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其中為實(shí)際測(cè)得的值，I2、V2為修正后的值，ISK為標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的標(biāo)定值，I e為標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的實(shí)測(cè)短路電流，1\為被測(cè)電池的實(shí)測(cè)溫度，T2為標(biāo)準(zhǔn)溫度(25°C )，a、P為電流電壓的溫度系數(shù)，Rs為被測(cè)電池的內(nèi)部串聯(lián)電阻，K為溫度修正系數(shù)。這個(gè)公式引入標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池目的是為了校準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)試偏移量，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電池來(lái)標(biāo)定系統(tǒng)(公式里體現(xiàn)為乘以一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)電池得到的系數(shù)1^/1 )，將實(shí)際測(cè)得的坐標(biāo)點(diǎn)一一映射到修正后的坐標(biāo)系中。公式表明結(jié)合已存入處理器的已知參數(shù)(ISK、T2、 a 、 13 、RS)和實(shí)際測(cè)得的L、Vp可以將1、V測(cè)量值修正到標(biāo)準(zhǔn)溫度(25°C )下所對(duì)應(yīng)的值。這個(gè)數(shù)值運(yùn)算過(guò)程利用Matlab可以很方便的實(shí)現(xiàn)，并得到標(biāo)準(zhǔn)溫度下的I、 V值。 (2)修正模擬器的光譜失配、太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)失配等因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響 根據(jù)如下公式
IscT = P/PAtIscs 其中IS。T、 Is。s分別為標(biāo)準(zhǔn)條件和模擬條件下的短路電流，P^P2分別為標(biāo)準(zhǔn)條件和模擬條件下的光強(qiáng)，AST為復(fù)現(xiàn)因子。P乂^體現(xiàn)為光強(qiáng)失配，光強(qiáng)失配最常用的是通過(guò)電流間接測(cè)試法，即通過(guò)電流來(lái)標(biāo)定光強(qiáng)，同一標(biāo)準(zhǔn)電池在不同的光強(qiáng)下得到不同的電流值，電流之比就是光強(qiáng)之比。相對(duì)于光譜失配，復(fù)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，故此處默認(rèn)光強(qiáng)不失配或光強(qiáng)失配已修正，此處只針對(duì)光譜失配進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。 北京科學(xué)出版社1983年出版的《半導(dǎo)體器件物理》(王家驊等編著)描述了復(fù)現(xiàn)因子計(jì)算的方法 e艦5( A )AMl. 5太陽(yáng)光譜輻照度 esim ( A )本測(cè)試系統(tǒng)太陽(yáng)光模擬器光譜輻照度 Qs ( A )標(biāo)準(zhǔn)電池光譜響應(yīng) QT ( A )待測(cè)試電池光譜響應(yīng)。 式中e(A)為相對(duì)光譜輻照度，Q(A)為相對(duì)光譜響應(yīng)。 復(fù)現(xiàn)因子的計(jì)算實(shí)質(zhì)上主要是完成非線性數(shù)值擬合函數(shù)的積分運(yùn)算。非線性數(shù)值擬合函數(shù)的積分的計(jì)算，重點(diǎn)在于規(guī)范待積分非線性數(shù)值擬合函數(shù)的步長(zhǎng)，依據(jù)相同步長(zhǎng)，完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的乘法運(yùn)算，然后利用極限分割求和的方式變向求得完成積分運(yùn)算，并最終得到復(fù)現(xiàn)因子。 復(fù)現(xiàn)因子由/ e脇(入)QT(入)d入、/ esim(入)Qs(入)cU 、 / esim (入)QT (入)d入、/ e脇(入)Qs(入)d入四項(xiàng)做乘除運(yùn)算得出。首先引入e趣.5(入)、QT(入)的樣本點(diǎn)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立相關(guān)模型，將其統(tǒng)一在同一個(gè)A坐標(biāo)系下，并依照相同的坐標(biāo)補(bǔ)償預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的eMu' (A)、Q/ (A)，由于統(tǒng)一了坐標(biāo)系，可以直接利用點(diǎn)乘來(lái)實(shí)現(xiàn)非線性函數(shù)的乘積，由此得到e皿V (A)*QT' (A)。于此利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行二次建模，這次建模是為了預(yù)測(cè)出間隙更小的點(diǎn)，從而利用極限累加的原則實(shí)現(xiàn)/ eM1.5' (A) *QT' (A)d入。依照相同的步驟重復(fù)計(jì)算其余三項(xiàng)之后，根據(jù)AST表達(dá)式計(jì)算出復(fù)現(xiàn)因子AST。將AST乘以實(shí)際測(cè)得的IV值，得到標(biāo)準(zhǔn)條件下對(duì)應(yīng)的IV值，完成復(fù)現(xiàn)過(guò)程。
該運(yùn)算過(guò)程可以用Matlab完成，利用Matlab中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱中的BP網(wǎng)絡(luò) (Back-Propagation Network)，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)非線性數(shù)值擬合函數(shù)的建模和仿真，利用tansig 函數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)，利用trainlm函數(shù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為12層，訓(xùn)練周期定為 8000次，最終訓(xùn)練目標(biāo)誤差保持在10—3以內(nèi)。最終得到復(fù)現(xiàn)后的標(biāo)準(zhǔn)電池(SANYO ELECTRIC CO. LTD,條件AMl. 5，輻照度:
1000. 0W/m2，溫度:25±rC，Isc = 6. 58mA，V0C = 2. 48V)的IV特性曲線，與實(shí)際測(cè)得曲線的
比較如圖2，測(cè)試精確度如下表 測(cè)量值、修正值和標(biāo)準(zhǔn)值的比較
標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值誤差修正值修正值誤差
』sc(mA)6.586.501,22%6.550.46%
v0"v)2.482.422.42%2.470.40%
權(quán)利要求
一種再現(xiàn)功能的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)，由太陽(yáng)光模擬器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以讀取太陽(yáng)能電池的即時(shí)電流、電壓、相應(yīng)的溫度參數(shù)和光譜測(cè)量值，并將其數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并最終完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下IV值的復(fù)現(xiàn)。
2. 如權(quán)利要求1所述一種再現(xiàn)功能的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中預(yù)先存儲(chǔ)有AMI. 5下標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)及其它已知參數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述一種再現(xiàn)功能的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)進(jìn)行太陽(yáng)能電池測(cè)試時(shí)的步驟有(1) 測(cè)量AMl. 5下標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜、標(biāo)準(zhǔn)電池的光譜響應(yīng)和太陽(yáng)光模擬器的光譜數(shù)據(jù)，并將之存入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(2) 開啟太陽(yáng)光模擬器照射測(cè)試太陽(yáng)能電池，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)試太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)、IV值和相應(yīng)的溫度參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(3) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計(jì)算出復(fù)現(xiàn)因子AST，并依據(jù)AST和溫度參數(shù)，將非標(biāo)準(zhǔn)的電流值復(fù)現(xiàn)到標(biāo)準(zhǔn)條件下的電流值，得到復(fù)現(xiàn)后的太陽(yáng)能電池相關(guān)參數(shù)，如填充因子、轉(zhuǎn)換效率等，并繪出最終標(biāo)準(zhǔn)條件下的IV特性曲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種再現(xiàn)功能的太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)，由太陽(yáng)光模擬器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以讀取太陽(yáng)能電池的即時(shí)電流、電壓、相應(yīng)的溫度參數(shù)和光譜測(cè)量值，并將其數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并最終完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下IV值得復(fù)現(xiàn)。本發(fā)明可以在原測(cè)試硬件平臺(tái)上，通過(guò)軟件升級(jí)的方式引入自動(dòng)復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)，高效可靠的糾正原測(cè)試平臺(tái)中光譜失配的弊端，免去了升級(jí)硬件平臺(tái)帶來(lái)的資金、資源的浪費(fèi)，具有很高的性價(jià)比。
文檔編號(hào)G01R31/26GK101750576SQ20081024012
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者周志文, 宋佩珂, 曾祥斌 申請(qǐng)人:廣東志成冠軍集團(tuán)有限公司