[发明专利]一种太阳电池局部电压电流性能测试与验证方法

摘要

本发明公开了一种太阳电池局部电压电流性能测试与验证方法，具体为选择一片微缺陷太阳电池封装成组件样品，测试样品在两个正向偏压下的暗锁相热成像图像，对图像进行灰度分析，计算局部暗饱和电流密度和理想因子；建立利用电致发光方法确定电池局部电压的计算模型；进而计算局部串联电阻和并联电阻；再利用局部串联电阻、理想因子、暗饱和电流、并联电阻，采用光束诱导电流法获得局部短路电流，结合电池单二极管等效电路模型，求解局部IV曲线。设计实验，比较分析直接测试的电池局部IV性能与计算获得的IV性能，对计算模型进行验证与修订。本发明能够将问题电池进行分类与筛选，分析缺陷引起的衰减与失效机理，减少光伏组件失效情况。

主权项

1.一种太阳电池局部电压电流性能测试与验证方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选择一片微缺陷太阳电池与EVA、背板、玻璃材料封装成太阳电池片组件样品，引出正、负电极；所述微缺陷太阳电池是指由于金属杂质聚集以及刻蚀工艺造成的局部漏电的太阳电池或者光伏组件制造与应用过程中机械应力产生的微裂纹的太阳电池或者低纯硅材料与背接触电极工艺引起的低并联电阻的太阳电池；2)采用太阳模拟器测试单片太阳电池片组件样品标准状况及不同辐照强度下的IV性能，得到相应的短路电流I_sc、开路电压V_oc、串联电阻R_s和并联电阻值R_sh；3)采用导热胶将单片太阳电池片组件样品粘结在可调温加热板上，加热板与太阳电池片组件样品电绝缘，待太阳电池片组件样品温度稳定后，在带有遮光帘的暗室进行锁相红外热像测试与电致发光测试，计算太阳电池片组件样品局部的IV性能，测试过程从25℃开始，每5℃测试一次，测试至200℃，具体测试如下：31)采用锁相红外热成像测试设备，拍摄步骤1)所制备的太阳电池片组件样品在两个正向偏压下的暗锁相热成像图像，根据缺陷分析需要，将太阳电池片组件样品平均分成n个区域，利用图像软件得到不同偏压下每个区域所对应的锁相热成像局部热信号幅值T_i^U，i为位置索引，i＝1,2,3……n；根据在不同正向偏压下锁相热成像局部热信号幅值与局部功率密度成比例，分别利用公式(1)和(2)得到区域i的暗饱和电流密度J_0i和理想因子n_i；其中，U₁、U₂分别为施加的两个正向偏压，I_b为正向偏压为U₂下整个太阳电池片组件样品的电流，分别为两个正向偏压下太阳电池片组件样品锁相热成像区域i的热信号幅值，为偏压U₂下整个太阳电池片组件样品的平均热信号幅值，A_cell为整个太阳电池片组件样品面积；其中，k为玻尔兹曼常数，T为整个太阳电池片组件样品的温度，采用开尔文温度，q为电荷常数；32)参考太阳电池单二极管等效电路模型，根据硅太阳电池发射的电致发光强度与样品内的过量载流子密度成正比的关系，建立利用电致发光方法确定电池局部电压的计算模型，具体如下：其中，L_i为区域i的电致发光强度，C_i为区域i的校准系数，U_i为区域i的电压，U_t＝(k*T)/q为热电压；33)根据步骤31)确定的区域i的暗饱和电流密度J_0i和步骤32)确定的区域i的电压U_i，利用公式(4)得到太阳电池片组件样品区域i的电流密度J_i，然后利用公式(5)进而计算得到区域i的串联电阻R_s,i：其中，U为整个太阳电池片组件样品施加的正向偏压，I_i为区域i的电流，A_i为区域i的区域面积；34)根据步骤2)确定的太阳电池片组件样品标准状况下的串联电阻R_s和步骤32)确定的区域i的电压U_i，利用公式(6)得到太阳电池片组件样品区域i的并联电阻R_sh,i：35)利用光束诱导电流法获得局部短路电流密度J_sc；36)采用单二极管等效电路模型，利用五参数法进一步获得太阳电池片组件样品局部的IV曲线；4)根据步骤33)获得的局部电流密度和局部串联电阻、步骤32)获得的局部电压值、步骤34)获得的局部并联电阻，建立缺陷区域局部电流、局部电压、局部串阻、局部并阻变化百分比与对应测试点温度的函数关系，分析不同微缺陷电池局部电性能随温度变化规律；5)设计实验对所计算的太阳电池片组件样品局部IV性能与实际测试的太阳电池片组件样品局部IV性能进行比较，具体如下：将单片晶体硅电池片切割成n小片，每小片电池片单独引出正、负极，这样每小片电池片的IV性能能够通过太阳模拟器直接测试出，再将小片电池片并联一起，采用所述步骤1)至4)计算每小片电池片的IV性能，也就是太阳电池片组件样品局部的IV曲线，与太阳模拟器直接测试出的结果进行对比，分析两种方法的数据差异原因，进而修正。