一种太阳能光伏电池电气性能的测试

填充因数(FF)是将PV电池的I-V特性与理想电池I-V特性进行比较的一种方式。理想情况下，它应该等于1,但在实际的PV电池中，它一般是小于1的。它实际上等于太阳能电池产生的最大功率(PMAX=IMAXVMAX)除以理想PV电池产生的功率。填充因数定义如下：

FF=IMAXVMAX/(ISCVOC)

其中IMAX=最大输出功率时的电流，VMAX=最大输出功率时的电压，ISC=短路电流，VOC=开路电压。

转换效率是光伏电池最大输出功率(PMAX)与输入功率(PIN)的比值，即：

h=PMAX/PIN

PV电池的I-V测量可以在正偏(光照下)或反偏(黑暗中)两种情况下进行。正偏测量是在PV电池照明受控的情况下进行的，光照能量表示电池的输入功率。用一段加载电压扫描电池，并测量电池产生的电流。一般情况下，加载到PV电池上的电压可以从0V到该电池的开路电压(VOC)进行扫描。在0V下，电流应该等于短路电流(ISC)。当电压为VOC时，电流应该为零。在如图1所示的模型中，ISC近似等于负载电流(IL)。

PV电池的串联电阻(rs)可以从至少两条在不同光强下测量的正偏I-V曲线中得出。光强的大小并不重要，因为它是电压变化与电流变化的比值，即曲线的斜率，就一切情况而论这才是有意义的。记住，曲线的斜率从开始到最后变化很大，我们所关心的数据出现在曲线的远正偏区域(far-forwardregion)，这时曲线开始表现出线性特征。在这一点，电流变化的倒数与电压的函数关系就得出串联电阻的值：

rs=ΔV/ΔI

到目前为止本文所讨论的测量都是对暴露在发光输出功率下，即处于正偏条件下的PV电池进行的测量。但是PV器件的某些特征，例如分流电阻(rsh)和漏电流，恰恰是在PV电池避光即工作在反偏情况下得到的。对于这些I-V曲线，测量是在暗室中进行的，从起始电压为0V到PV电池开始击穿的点，测量输出电流并绘制其与加载电压的关系曲线。利用PV电池反偏I-V曲线的斜率也可以得到分流电阻的大小(如图5所示)。从该曲线的线性区，可以按下列公式计算出分流电阻：

rsh=ΔVReverseBias/ΔIReverseBias

V反偏/用于估算rsh的线性区/ΔI反偏/ΔV反偏/logI反偏

图5.利用PV电池反偏I-V曲线的斜率可以得到PV电池的分流电阻。

除了在没有任何光源的情况下进行这些测量之外，我们还应该对PV电池进行正确地屏蔽，并在测试配置中使用低噪声线缆。

电容测量

电容(或称电容量)是表征电容器容纳电荷本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容器从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质(就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的[1]情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征)，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。 电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是储存电荷的容器.尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质(固体、气体或液体)所隔开，就构成了电容器。两片金属称为极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。

与I-V测量类似，电容测量也用于太阳能电池的特征分析。根据所需测量的电池参数，我们可以测出电容与直流电压、频率、时间或交流电压的关系。例如，测量PV电池的电容与电压的关系有助于我们研究电池的掺杂浓度或者半导体结的内建电压。电容-频率扫描则能够为我们寻找PV衬底耗尽区中的电荷陷阱提供信息。电池的电容与器件的面积直接相关，因此对测量而言具有较大面积的器件将具有较大的电容。

C-V测量测得的是待测电池的电容与所加载的直流电压的函数关系。与I-V测量一样，电容测量也采用四线技术以补偿引线电阻。电池必须保持四线连接。测试配置应该包含带屏蔽的同轴线缆，其屏蔽层连接要尽可能靠近PV电池以最大限度减少线缆的误差。基于开路和短路测量的校正技术能够减少线缆电容对测量精度的影响。C-V测量可以在正偏也可以在反偏情况下进行。反偏情况下电容与扫描电压的典型曲线(如图6所示)表明在向击穿电压扫描时电容会迅速增大。

图6.PV电池电容与电压关系的典型曲线。

另外一种基于电容的测量是激励电平电容压型(DLCP)，可在某些薄膜太阳能电池(例如CIGS)上用于判断PV电池缺陷密度与深度的关系。这种测量要加载一个扫描峰-峰交流电压并改变直流电压，同时进行电容测量。必须调整这两种电压使得即使在扫描交流电压时也保持总加载电压(交流+直流)不变。通过这种方式，材料内部一定区域中暴露的电荷密度将保持不变，我们就可以得到缺陷密度与距离的函数关系。

电阻率与霍尔电压的测量

电阻率(resistivity)是用来表示各种物质电阻特性的物理量。在常温下(20℃时)，某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。在温度一定的情况下，有公式R=ρl/s 其中的ρ就是电阻率，l为材料的长度， s为面积。可以看出，材料的电阻大小正比于材料的长度，而反比于其面积。由上式可知电阻率的定义：ρ=Rs/l.电阻率较低的物质被称为导体，常见导体主要为金属，而自然界中导电性最佳的是银。其他不易导电的物质如玻璃、橡胶等，电阻率较高，一般称为绝缘体。介于导体和绝缘体之间的物质 (如硅) 则称半导体。

PV电池材料的电阻率可以采用四针探测的方式3,通过加载电流源并测量电压进行测量，其中可以采用四点共线探测技术或者范德堡方法。

在使用四点共线探测技术进行测量时，其中两个探针用于连接电流源，另两个探针用于测量光伏材料上电压降。在已知PV材料厚度的情况下，体积电阻率(ρ)可以根据下列公式计算得到：

ρ=(π/ln2)(V/I)(tk)

其中，ρ=体积电阻率，单位是Ωcm,V=测得的电压，单位是V,I=源电流，单位是A,t=样本厚度，单位是cm,k=校正系数，取决于探针与晶圆直径的比例以及晶圆厚度与探针间距的比例。

测量PV材料电阻率的另外一种技术是范德堡方法。这种方法利用平板四周四个小触点加载电流并测量产生的电压，待测平板可以是厚度均匀任意形状的PV材料样本。