电池片测试与分选.pptx

湖南神州光电能源有限公司电池片测试与分选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电池片的工艺流程 分分选测试选测试PECVD清洗与制清洗与制绒绒去磷硅玻璃去磷硅玻璃烧结烧结印刷印刷电电极极边缘蚀边缘蚀刻刻检验检验入入库库扩扩散散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和目的l测试分选的基础：测试分选的基础：l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。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。l在接受照射的同时变化外电路负载。在接受照射的同时变化外电路负载。l流出负载的电流流出负载的电流I和电池端电压和电池端电压V的数据和关系曲线。的数据和关系曲线。l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l测试分选的目的：测试分选的目的：l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测试分选工艺原理l太阳能电池分选机专门用于太阳能单晶硅和多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，量结果将电池片进行分类。独有的校正装置，输入补偿参数，进行自动输入补偿参数，进行自动/手动温度补偿和光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数的分选和结果记录。湖南神州光电能源有限公司测试分选的原理测试分选的原理 氙灯（模拟太阳光）氙灯（模拟太阳光）电池电池Pulsed solar load稳压电源稳压电源Berger测试仪湖南神州光电能源有限公司设备各组成部件设备各组成部件l 太阳模拟器：模拟正午太阳光，照射待测电池片，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。通过测试电路获取待测电池片的性能指标。l 电子负载：连接待测电池片、标准电池和温度探头。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。组数据提供给采集卡做分析、处理。l 控制电路：提供人机界面，和控制接口，提供操作控制电路：提供人机界面，和控制接口，提供操作界面和参数设定界面和参数设定。湖南神州光电能源有限公司太阳能模拟器的组成太阳能模拟器的组成l 控制电路：实现氙灯闪灯控制，电容充控制电路：实现氙灯闪灯控制，电容充电电/放电控制。放电控制。l电容充电电路：实现对超级电容的充电和电容充电电路：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。过压保护，在程序控制下稳定电容电压。l氙灯高压电路：产生近氙灯高压电路：产生近9千伏的高压，点千伏的高压，点亮氙灯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用于太阳模拟器的光源湖南神州光电能源有限公司标准光源选择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测试分选的标准条件l辐照度：1000W/m2l温度：25lAM(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探针与电池片的正确接触探针与电池片的正确接触湖南神州光电能源有限公司RshIDIL+-vIRLRs太阳电池等效电路太阳电池等效电路湖南神州光电能源有限公司IV特性测量特性测量-IV曲线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。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。与光强、温度有关。2.短路电流短路电流 在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。面积、光强、温度有关。3.最大功率点最大功率点 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。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表示表示5.最佳工作电流最佳工作电流 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表示表示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。部辐射功率的百分比。=Vm Im/At Pin其中其中Vm和和Im分别为最大输分别为最大输出功率点的电压和电流，出功率点的电压和电流，At为太阳电池的总面积，为太阳电池的总面积，Pin为单位面积太为单位面积太阳入射光的功率。阳入射光的功率。7.填充因子填充因子: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，通常用常用FF表示：表示：FF=Im*Vm/Isc*Voc Isc*Voc是太阳电池的极限输是太阳电池的极限输出功率，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。池性能优劣的一个重要参数。8.电流温度系数：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，太阳电池短路电流的变化值，通常用表示。对于一般晶体硅表示。对于一般晶体硅电池电池=+0.1%/oC。9.电压温度系数电压温度系数: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，太阳电池开路电压的变化值，通常用表示。对于一般晶体硅电池表示。对于一般晶体硅电池 =-0.38%/oC。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.并联电阻：指太阳能电池内部的、跨连在电池两端并联电阻：指太阳能电池内部的、跨连在电池两端的等效电阻的等效电阻l并联电阻小可能由于：并联电阻小可能由于：1.边缘漏电（刻蚀未完全、印刷漏浆）边缘漏电（刻蚀未完全、印刷漏浆）2.体内杂质和微观缺陷体内杂质和微观缺陷3.PN结局部短路（扩散结过浅、制绒角锥体颗粒过大）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影响性能参数的因素影响性能参数的因素l发光强度（辐射度）发光强度（辐射度）l温度温度l光谱分布光谱分布湖南神州光电能源有限公司1.发光强度发光强度 l IscIsc与发光强度成正比，与发光强度成正比，而而VocVoc的变化与发光强度成的变化与发光强度成对数关系对数关系l原因：辐射度的改变，原因：辐射度的改变，则进入太阳能电池的光子则进入太阳能电池的光子数目改变，相应激发的电数目改变，相应激发的电子数目就改变子数目就改变湖南神州光电能源有限公司2.温度温度 l 电池温度升高，开路电压减电池温度升高，开路电压减小，短路电流有轻微的上升，效率降小，短路电流有轻微的上升，效率降低低l 电压的变化与电池温度呈线电压的变化与电池温度呈线性比例关系性比例关系湖南神州光电能源有限公司2.温度温度 l电池温度对电池温度对Voc的影响的影响 -2.4mV/series celll电池温度对电池温度对Isc的影响的影响 +1520A/cm2/l 电池温度对电池温度对Pmax的影响的影响 -0.45%/湖南神州光电能源有限公司3.3.光谱分布光谱分布l 光谱分布：光的能量以不同的波长和颜色传播的分布图l 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.光谱分布光谱分布 电池电性能测试电池电性能测试I-V曲线曲线湖南神州光电能源有限公司3.光谱分布光谱分布l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，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，单位为位为W/m2m.而太阳光的强度则为所有波长之光谱照度的总和，而太阳光的强度则为所有波长之光谱照度的总和，单位单位W/m2。l 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，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代表着地表上太阳正射的情况，此状态下的光强度为925 W/m2。而。而AM1.5则代表在地表上太阳以则代表在地表上太阳以41.3度角入射的情况，度角入射的情况，此状态下的光强度为此状态下的光强度为844 W/m2。一般。一般AM1.5 被用来代表地表被用来代表地表上太阳的平均照度上太阳的平均照度湖南神州光电能源有限公司光普照度光普照度 太阳对流层平流层高层大气宇宙真空环境地球大 气 环 境AM=1/sin=1.541.3AM=1/sin=0=90湖南神州光电能源有限公司 Trash档判断标准档判断标准 反向电流反向电流Irev5.6A；测试光强测试光强E范围在范围在9501050测试温度测试温度T在在2327串阻串阻Rs0填充因子填充因子68FF80湖南神州光电能源有限公司影响太阳电池片效率的因素影响太阳电池片效率的因素l 目前商业化的太阳电池之实际效率，与其理论极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限还有一段差距，例如单晶硅太阳电池的理论值可以达到达到27%左右，但实际的商业量产仅为左右，但实际的商业量产仅为10%20%之之间。造成这中间差异何在呢？间。造成这中间差异何在呢？l造成转换效率损失原因：造成转换效率损失原因：l 影响太阳电池效率的主要因素为半导体材料之选择，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。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，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。只能吸收一定范围内的光谱能量。湖南神州光电能源有限公司影响太阳电池片效率的因素影响太阳电池片效率的因素1.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。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。2.表面再复合损失：由光产生的电子表面再复合损失：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。样的损失就称为表面再复合损失。3.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。缺陷而发生产生再复合损失就称为内部再复合损失。4.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。生的焦耳热之串联电阻损失。5.电压因子损失：因光线而产生的载子，在电压因子损失：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损失。湖南神州光电能源有限公司提高转换效率的方法提高转换效率的方法1.减少光线自半导体材料表面的反射减少光线自半导体材料表面的反射2.减少串联电阻减少串联电阻3.增加入射光的面积增加入射光的面积4.减少表面发生再复合的几率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转换效率的计算l l单位换算：单位换算：l l1MW=1,000,000W 1W=1000mW1MW=1,000,000W 1W=1000mWl l1m=100cm 1m1m=100cm 1m2=2=10000cm10000cm2 2l l标准光强标准光强 1000W/m1000W/m2 2 等同于等同于 0.1W/cm0.1W/cm2 2 100mW/cm 100mW/cm2 2 湖南神州光电能源有限公司通过转换效率求功率通过转换效率求功率l l例例3 3 有一电池片转换效率有一电池片转换效率17%17%，单片面积，单片面积24336mm24336mm2 2 ，求最大功率，求最大功率PmPm。解析：解析：解析：解析：S=24336mmS=24336mm2 2=243.36cm=243.36cm2 2 Pin=243.36cm Pin=243.36cm2 2*100mW/cm*100mW/cm2 2=24336=24336 mWmW Pm PmPin*=24336mW*17%=4137.12 mWPin*=24336mW*17%=4137.12 mW =4.13712W =4.13712W湖南神州光电能源有限公司效率分档表（现阶段）效率分档表（现阶段）l单晶15%以下为低效片l多晶14%以下为低效片湖南神州光电能源有限公司