如何測試光伏太陽能電池？
如何測試光伏太陽能電池？
我們已經介紹了很多關于太陽能電池如何工作以及其運行取決于什么的材料。雖然嘗試并想象一個能夠捕獲我們討論過的所有各種因素的測試似乎相當令人畏懼，但我們需要的關鍵信息可以在一些圖表/參數中找到：
響應能力
外部量子效率 (EQE)
靜脈注射反應
效率
前三張圖是我們計算太陽能電池整體效率所需的，我們已經介紹了上面的所有數量。本質上，我們關注的是太陽能電池如何響應不同的波長（由響應率和 EQE 給出），以及它在不同的電氣條件下如何響應（由 IV 響應給出）。那么我們如何進行測試來衡量這些因素呢？
由于光伏產業如此龐大和活躍，實際上有標準的測試方法來測量光伏器件的參數。我們不會詳細介紹測試所涉及的內容，但值得概述測試的關鍵要素，以及它們在實踐中通常如何完成。
測量太陽能電池的響應度
典型設置示意圖（取自ASTM E1021-15標準）如下所示。我們從寬帶光源開始，這意味著發射多種波長的光源。為了不受到暗電流的嚴重影響，并在其預期工作條件下提供更準確的設備快照，偏置白光（也是寬帶）單獨照射到太陽能電池上。現在，我們想做兩件事：測量特定波長的響應，并將偏置光的影響與我們正在改變的光分開。兩臺設備使我們能夠實現這一目標。我們添加了斬波器，以便我們的設備上有脈沖響應，通過它我們可以輕松判斷來自偏置光或檢查光的信號。我們還添加了所謂的單色儀，它可以挑選出特定波長的光用于檢查。在那之后
通過監控光電探測器，我們知道照射在設備上的光功率有多少。我們可以測量輸出電流，因此我們現在知道計算每個波長的響應率所需的兩個量。
響應度的測量方式存在細微的差異，不同的策略一直在改進。只要新方法能夠證明與標準測試等效，它就同樣有效。在 G2V，我們擁有本節中描述的許多實驗元素的軟件表示，這使我們能夠計算設備響應度，而無需使用太陽模擬器之外的其他硬件。如果您想更多地了解我們如何做到這一點以及它是否適合您的需求，請聯系我們。
測量太陽能電池的外部量子效率 (EQE)
一旦您通過上述測試獲得了響應度，EQE 就很容易計算了。我們已經看到了允許我們這樣做的方程式：
其中h是普朗克常數，c是光速，q是電子的電荷，?是光的波長，R是我們通過上一節測試得到的響應度。
測量太陽能電池的 IV 特性
事實證明，使用上述測量響應率的方法，我們還獲得了足夠的信息來計算設備的總電流。然而，一種更實用的方法是測量寬帶光下器件的電流和電壓響應，這樣就無需手動集成（求和）所有單獨的部件。IEC 60904-1規定了測量光伏器件電流和電壓特性的標準程序。更具體地說，ASTM E1036-15指定了使用參考電池的光伏組件的測試方法，我們將在此進行總結。
作為參考，IEC 60904-3指定了如何將結果與標準太陽參考光譜（例如 AM0 或 AM1.5G）相關聯。即使您沒有在標準要求的精確條件下進行測量，IEC 60891 也指定了可用于將結果轉換為可接受的格式的方法。
本質上，IV 響應測試旨在以最低限度測量太陽能電池的以下參數，這些參數是我們之前在最大功率部分中定義的。
短路電流，Isc
開路電壓，Voc
最大功率時的電流，Im
最大功率時的電壓，Vm
通常，將被測設備 (DUT) 與具有已知響應的參考光伏電池進行比較，該參考光伏電池是根據相同的目標光譜進行校準的（參考電池的要求可在ASTM E1040中找到。DUT 應該與被測器件的光譜響應相匹配）。參考電池誤差在5%以內，所使用的太陽模擬器必須滿足ASTM E927規定的標準。
需要使用開爾文探針的四線測量來測量設備的溫度以及電壓和電流，我們將在下面進行描述。
電阻和電流的四線測量
當嘗試測量設備兩端的電壓和流過設備的電流時，我們總是受到進行測量的電線引入的電阻大小的限制。然而，有一種方法可以通過使用所謂的四線測量來消除這種誤差源。
四線測量是電壓表（測量電壓）和電流表（測量電流）的組合。四線探針的另一個名稱是開爾文探針。在開爾文探針中，有兩個用于電流的夾子和兩個用于電壓的夾子。它們是隔離的，因此電流表側的電流不會從電壓表側進入探頭。
開爾文探針需要連接到一個系統，該系統允許對目標電壓或電流進行一些迭代。這是什么意思？這意味著系統允許多次嘗試并獲得目標電流，并且可以根據需要提供或吸收電流。假設我們想要在 2V 電壓下施加 100mA 的電流。然而，當我們嘗試這樣做時，我們發現在 90 mA 的電流下，器件兩端的壓降為 2.2 V。這是因為探頭本身引入的電阻。因此，我們以某種方式調整電流或電壓以接近我們的目標（這就是為什么我們需要一個可以提供或吸收電流的系統）。因為我們有兩個探頭，所以我們可以在某種程度上獨立地執行此操作，直到我們足夠接近目標以記錄測量結果。
開爾文探針背后的想法是，電壓探針攜帶的電流微不足道，這意味著這些電線中的電壓降最小化（或可以忽略不計）。串聯回路中所有點的電流測量值都是相同的，因此電流測量值保持原樣即可。兩者之間的關系可能需要根據電線的電阻進行調整，如我們上面描述的示例所示，但總的來說，四線測量是準確獲取設備電流和電壓信息的一種方法。
開爾文或四線測量對于在測試太陽能電池時獲得準確的 IV 數據至關重要。
在四根電線上施加可變負載，以便獲得被測設備的各種電流和電壓測量結果。在測試之前，確切的電流和電壓是未知的，這就是需要進行一些迭代的原因。只要您可以測量通過這四根電線的電流和電壓，您就應該獲得生成被測設備的 IV 特性曲線所需的信息。
短路電流Isc發生在V=0時，開路電壓Voc發生在I=0時。這是四個參數中的兩個。為了獲得最大功率，需要將電流乘以電壓以獲得功率，然后可以檢查該功率以找出Im和Vm的峰值位置。
G2V 為其太陽模擬器提供了一個可選的 IV 卡附加組件，該附加組件配有開爾文探針來進行這些四線測量。此外，我們還提供經過校準和測試的參考電池來進行上述測試。請聯系我們獲取更多信息，了解我們的設備是否適合您的測試需求。
測量太陽能電池效率
如果我們重新整理之前的效率方程，我們會發現只要知道最大功率點和入射功率就可以計算效率：
需要注意的一件事是功率必須是電池上的總功率。或者，您可以使用我們使用功率密度和電流密度的表格：
在這種情況下，Ds 是太陽輻照度的功率密度（或強度），Jm 是最大電流密度（電流除以面積）。太陽能電池面積的精確測量也存在爭議，但現在我們將這些細節留給其他人。
太陽能電池的標準化測試
由于光伏領域有大量的商業和學術工作，因此也非常需要將一種設備與另一種設備進行比較的方法和手段的標準化。NREL 在外部驗證太陽能電池設備以及將數據制成表格以將均勻且公平的指標應用于各種設備方面做出了令人印象深刻的工作。任何有關設備效率世界紀錄的聲明都經過 NREL 的有效測試。隨著該領域的不斷發展，他們緊跟行業的需求，調整測試方法以適應新的設備要求。