光伏組件龍背掃描功率測試方案研究

陳為興 黃 征

（浙江晶科能源有限公司）

0 引言

隨著高效太陽能電池技術的成熟和市場對于高品質產品的追求，高效率低成本，且具有可大規模量產的太陽能電池技術開發，已成為必然趨勢（N型Top，IBC，HJT）［1］。

太陽電池光電性能是衡量其性能優劣的關鍵指標，主要體現在伏安特性曲線（即I-V曲線）上，參考包括短路電流，開路電壓，最大功率，最佳工作電壓，最佳工作電流，填充因子和轉換效率等。以及國際標準EC-60904-1，太陽電池組件的I-V曲線校準在標準測試條件STC下進行，或修正到STC條件，即溫度25°C）；輻照度1000W／m2；AM1.5標準光譜。實驗室和生產線通常采用太陽模擬器法測量太陽組件的I-V。此方法操作方便，不受外界自然天氣的影響［2］。

相較于常規組件，高效組件有著明顯的電容效應。電容效應：即相當于在二極管模型中并聯了一個電容器，電容發電的電量與兩端的電壓成正比，電容的存在會使太陽電池組件在測試時，對光強變化和外在電路電壓變化的響應時間延長，給測試結果帶來影響。基于功率測試的準確性，提出了更高的要求，對于光伏組件測試方案要有更多的探索與優化。

本文從高效太陽電池結構，結合龍背掃描測試方法改進，獲得高電容光伏組件精確I-V測試方法。

1 高電容組件IV測試失真原理

目前市面上太陽能電池片受材料的擴散密度，擴散電容隨外電壓成指數型變化，IV測試過程中擴散電容動態變化。

在進行組件測試的時候，給組件外加偏置電壓，由于PN結的存在，PN結內儲存的電荷量發生變化，這稱為勢壘電容，如圖1所示。

圖1 太陽能電池等效電路圖

PN結正向導電時，少子會擴散到對方空穴區域，積累的電荷隨著外加電壓的變化而變化，電壓越大，電流越大，此時要求更多的載流子來滿足電流加大的要求。

如果電壓減小，此時電子和空穴就會減少。此時就在電壓變化的情況下PN結果形成了“充入”“放出”的電容效應。

Isc?Voc外電壓變大，負載由0～∞，Cd變大，為電容充電，測試電流偏小。

Voc?Isc外電壓變小，負載由∞～0，Cd變小，為電容放電，測試電流偏大。

dv／dt＞0時正向掃描測量值小于實際值，dv／dt＜0時反向掃描測量值大于實際值。

控制電壓變化速度（dv／dt）成為IV測量準確的關鍵點（dv／dt≈0）：

C值越大，要求dv／dt值很小，需要IV測試時間長，典型代表：HJT，N型Top Con等高電容電池。

2 動態IV測試（龍背測試簡稱DB）

某廠家推出具有動態IV測試模式設備，該測試模式在不改變測試時間的情況下，將傳統的線性電壓掃描方式變為階梯狀電壓掃描方式，如圖2所示。

圖2 臺階狀掃描電壓

整個電壓掃描曲線有多個類似臺階狀的掃描電壓組成，在每個臺階的起始部位設置合理的峰值及寬度，當電池電容充放電結束時，保持電壓不變，短時間內電壓變化為0，完全消除干擾電流，從而能在最大功率點附近取得穩定的電流值。然后根據所有臺階的測試值繪制IV曲線，得到光伏組件的電性能參數［3］

3 三種IV測試方法穩定性對比

分別選用A廠家寬脈沖掃描40ms，B廠家磁滯掃描（20ms），C廠家龍背掃描。

3.1 實驗方案

選擇某一線廠家N型Top con組件。

三種測試方法（A：寬脈沖掃描40ms，B：磁滯掃描20ms，C：龍背掃描）。

測試同一N型Top con組件，每種掃描方式在STC條件下（AM1.5，1000W／m2，25℃）測試20次電性能。判定穩定公式：［（MAX-MIN）／（MAX＋MIN）×100］

3.2 結果對比

龍背掃描（0.08%）＞磁滯掃描（0.05%）＞寬脈沖（0.04%），Pasan（龍背掃描）結果偏弱，如圖3所示。

圖3 測試功率穩定性結果

3.3 測試結果分析

通過查看龍背掃描20次測試數據，電流穩定性偏弱，如圖4所示，分析由于龍背測試時間僅為10ms，電池偏壓由0快速上升至Voc，載流子濃度會增加，多余的電子移向P區，多余的空穴流向N區，N區高效電池容性較大，造成電性能采集磁滯性。

圖4 測試電流穩定性結果

龍背掃描根據組件電壓自動設置電壓臺階分布，但是在10ms內，可分布的臺階數目有限，如果組件電容性過大，在有限的臺階數量內，臺階上的取點有效數據有限，可能導致無法完全取得穩定的準確點，如圖5所示。

圖5 龍背電壓掃描電流波動

3.4 測試方法改善——龍背掃描疊加雙閃測試

由于和分段測試延長測試時間的不同，最大功率點修正測試由兩次閃光測試完成，也稱為雙閃測試，第一次閃光進行整個I-V曲線掃描測試，然后由軟件分析獲得最大功率點，在最大功率點附近在進行第二次閃光測試［4］（10ms＋10ms，間隔15s），得到最大功率附近的精確測量結果。

經升級測試方法，重新測試20次電性能數據對比功率穩定性：升級后兩次掃描龍背掃描（0.05%）＝磁滯掃描20ms（0.05%）＞寬脈沖40ms（0.04%）。

龍背掃描疊加雙閃測試較升級前功率穩定性提高0.03%，如圖6所示，電流穩定性提升0.08%，如圖7所示。

圖6 測試功率穩定性結果

圖7 測試電流穩定性結果

4 結束語

為實現光伏平價上網的基礎，研制新結構、開發新工藝一直是光伏電池生產制造中的重要環節［5］。N型Top con高效電池相比傳統P型晶體硅電池具有少子壽命高、無光致衰減及溫度系數小等優點，是當前光伏電池技術研究的熱點之一。

由于市場上新出現的高電容，高效率電池組件，傳統較窄脈沖測試儀器帶來的IV曲線分離，以及穩定性較差已不能滿足測試要求。

采用龍背掃描疊加雙閃測試（10ms＋10ms），來解決脈寬較短（10ms）內分布的臺階數目有限，組件電容性過大，臺階上的取點有效數據有限，導致無法完全取得穩定的準確點，帶來功率電流穩定性較弱的缺點。

減少對N型Top光伏組件測試結果的影響，獲得該類光伏組件電性能的精準測試方法，可解決N型Top高電容光伏組件的測試問題。

同時龍背掃描疊加雙閃測試具有以下特點：短脈沖掃描，調制電子負載電壓曲線。

優點：IV測試準確性增加，穩定性提高。

缺點：針對不同工藝調制電壓曲線，通用性差，測試點數少。而且雙閃測試帶來的測試時間較長，以及燈管使用次數增加等維護成本的增加也需要重視。