太阳能电池性能测试及应用

吴姣吴兴/.西安计量技术研究院；.斯伦贝谢长和油田工程有限公司

太阳能电池性能测试及应用

吴姣1吴兴2/1.西安计量技术研究院；2.斯伦贝谢长和油田工程有限公司

0 引言

太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，当其受到光照就可输出电压，并且在有回路的情况下产生电流。物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为PV），简称光伏。太阳能电池作为一种新型的能源产业，具有节能环保、可再生等一系列优点。目前市场上主要以单晶硅太阳能电池为主。以P型硅为例，图1为晶体硅太阳能电池的结构图。

图1 太阳能电池结构

1 太阳能电池测试原理

太阳能电池[1]在光照下能产生电流，如果接上一个负载R即形成一个回路，如果负载R为0时，则电路短路，此时电路中的电流为短路电流，记为Isc；如果负载为∞，则电路为断路，电池片产生的电压为开路电压，记为Uoc；如果负载R由0变到∞，则电路中的电流I和负载两端的电压U也会随之变化，这样就会产生很多组电流I和电压U值，比较每组IU乘积值（即功率P），最大的P值即为最大功率值，记为Pmpp，对应的I和U即为最大功率点电流Impp和最大功率点电压Umpp，有了这些值，就可以算出填充因子FF和光电转换效率η。图2所示为简单的电池片测试原理[2]。

图2 电池片测试原理

1）填充因子[3]FF为一个计算值，即

2）光电转换效率η表示，在外电路连接最佳负载电阻R 时得到的最大能量转换效率，其定义为

式中：Pin—在整个太阳能电池正面光入射面积的总入射光功率

3）串联电阻[4]

太阳能电池的串联电阻用Rs表示，单位Ω（欧姆），主要由三部分组成：硅材料体电阻、金属电极电阻、金属与硅的接触电阻。

4）并联电阻[5]

太阳能电池片的并联电阻用Rsh表示，单位Ω（欧姆），主要由三部分组成：边缘漏电、体内杂质和微观缺陷、PN结局部短路。

2 测试过程

2.1 测试条件

1）温度：（25±2）℃；

2）辐射照度：1 000 W/m2；

3）光谱分布：AM1.5 G

2.2 准备工作

此次实验针对156单晶电池片进行测试，其中影响电池片效率的因素包括硅片材料、工艺以及结构。本文以电池片正面栅线结构的差异为例，通过测试对结果进行分析讨论，提出更好的效率改进措施。

将烧结好的156单晶硅电池片A和B（烧结前A类副栅线为70 μm，B类副栅线为75 μm）进行降温处理，待电池片表面温度达到25 ℃左右后进行测试。

用Berger测试机进行测试。本实验设备中的太阳能模拟器使用氙气灯模拟太阳光。氙气灯光谱在可见光区间与太阳辐射非常接近，可以较为理想地模拟太阳光测试仪与太阳能模拟器集成。为了排除实验室内灯光影响，太阳能模拟器放在不透光的黑箱子中。首先将电脑中的测试系统打开，根据短路电流设计好分拣程序，待达到以上测试条件后，用标准片对测试机进行校准，以保证测试结果的准确性。电池片通过太阳能模拟器，太阳能模拟器进行闪光，测试仪即可进行测试并在计算机上显示测试结果。具体测试的重要参数有短路电流Isc，开路电压Uoc，最大功率值Pmpp，最大功率点电流Impp和最大功率点电压Umpp，串联电阻Rs，并联电阻Rsh，填充因子FF和效率η。

3 测试结果

3.1 电池片3D测试

分别对两种烧结后的电池片进行3D测试结果图制作。A类电池片（网版副栅线为65 μm宽）的3D测试结果图见图3；B类电池片（网版副栅线为75 μm宽）的3D测试结果图见图4。

图3 A类电池片3D测试结果图

从3D图片可以看出， A类电池片栅线的高宽比要大于B类电池片，并且在成型上A类电池片也要好于B类电池片。

3.2 电性能测试

完成以上所有制作过程后，将电池片进行降温，同时保证测试机已达到测试所需的温湿度以及模拟光照条件后，将已降温好的电池片进行效率测试。测试结果如表1。

图4 B类电池片3D测试结果图

表1 电性能参数

从测试结果可以看出，由于A类电池片副栅线的宽度较B类电池片降低，表面遮光面积变小，电池表面吸收更多的光，转化为更多的电子，使得短路电流变大，光电转换效率方面A类电池片要高于B类电池片0.101%。

4 结语

通过对电池片的电性能测试和3D测试分析看出，通过降低栅线宽度、提高栅线高宽比可以提高光电转换效率。但受到网版目数、线型以及浆料颗粒度和粘稠度等因素的影响，不可能将栅线宽度无限降低（网版栅线宽度太小易造成印刷断栅）。因此，可以通过不断实验，寻求最佳匹配的工艺和结构来提高光电转换效率。同时，可将这两项测试技术应用在计量测试中电池片的标定。

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