光伏组件龙背扫描功率测试方案研究

陈为兴 黄 征

（浙江晶科能源有限公司）

0 引言

随着高效太阳能电池技术的成熟和市场对于高品质产品的追求，高效率低成本，且具有可大规模量产的太阳能电池技术开发，已成为必然趋势（N型Top，IBC，HJT）［1］。

太阳电池光电性能是衡量其性能优劣的关键指标，主要体现在伏安特性曲线（即I-V曲线）上，参考包括短路电流，开路电压，最大功率，最佳工作电压，最佳工作电流，填充因子和转换效率等。以及国际标准EC-60904-1，太阳电池组件的I-V曲线校准在标准测试条件STC下进行，或修正到STC条件，即温度25°C）；辐照度1000W／m2；AM1.5标准光谱。实验室和生产线通常采用太阳模拟器法测量太阳组件的I-V。此方法操作方便，不受外界自然天气的影响［2］。

相较于常规组件，高效组件有着明显的电容效应。电容效应：即相当于在二极管模型中并联了一个电容器，电容发电的电量与两端的电压成正比，电容的存在会使太阳电池组件在测试时，对光强变化和外在电路电压变化的响应时间延长，给测试结果带来影响。基于功率测试的准确性，提出了更高的要求，对于光伏组件测试方案要有更多的探索与优化。

本文从高效太阳电池结构，结合龙背扫描测试方法改进，获得高电容光伏组件精确I-V测试方法。

1 高电容组件IV测试失真原理

目前市面上太阳能电池片受材料的扩散密度，扩散电容随外电压成指数型变化，IV测试过程中扩散电容动态变化。

在进行组件测试的时候，给组件外加偏置电压，由于PN结的存在，PN结内储存的电荷量发生变化，这称为势垒电容，如图1所示。

图1 太阳能电池等效电路图

PN结正向导电时，少子会扩散到对方空穴区域，积累的电荷随着外加电压的变化而变化，电压越大，电流越大，此时要求更多的载流子来满足电流加大的要求。

如果电压减小，此时电子和空穴就会减少。此时就在电压变化的情况下PN结果形成了“充入”“放出”的电容效应。

Isc⇒Voc外电压变大，负载由0～∞，Cd变大，为电容充电，测试电流偏小。

Voc⇒Isc外电压变小，负载由∞～0，Cd变小，为电容放电，测试电流偏大。

dv／dt＞0时正向扫描测量值小于实际值，dv／dt＜0时反向扫描测量值大于实际值。

控制电压变化速度（dv／dt）成为IV测量准确的关键点（dv／dt≈0）：

C值越大，要求dv／dt值很小，需要IV测试时间长，典型代表：HJT，N型Top Con等高电容电池。

2 动态IV测试（龙背测试简称DB）

某厂家推出具有动态IV测试模式设备，该测试模式在不改变测试时间的情况下，将传统的线性电压扫描方式变为阶梯状电压扫描方式，如图2所示。

图2 台阶状扫描电压

整个电压扫描曲线有多个类似台阶状的扫描电压组成，在每个台阶的起始部位设置合理的峰值及宽度，当电池电容充放电结束时，保持电压不变，短时间内电压变化为0，完全消除干扰电流，从而能在最大功率点附近取得稳定的电流值。然后根据所有台阶的测试值绘制IV曲线，得到光伏组件的电性能参数［3］

3 三种IV测试方法稳定性对比

分别选用A厂家宽脉冲扫描40ms，B厂家磁滞扫描（20ms），C厂家龙背扫描。

3.1 实验方案

选择某一线厂家N型Top con组件。

三种测试方法（A：宽脉冲扫描40ms，B：磁滞扫描20ms，C：龙背扫描）。

测试同一N型Top con组件，每种扫描方式在STC条件下（AM1.5，1000W／m2，25℃）测试20次电性能。判定稳定公式：［（MAX-MIN）／（MAX＋MIN）×100］

3.2 结果对比

龙背扫描（0.08%）＞磁滞扫描（0.05%）＞宽脉冲（0.04%），Pasan（龙背扫描）结果偏弱，如图3所示。

图3 测试功率稳定性结果

3.3 测试结果分析

通过查看龙背扫描20次测试数据，电流稳定性偏弱，如图4所示，分析由于龙背测试时间仅为10ms，电池偏压由0快速上升至Voc，载流子浓度会增加，多余的电子移向P区，多余的空穴流向N区，N区高效电池容性较大，造成电性能采集磁滞性。

图4 测试电流稳定性结果

龙背扫描根据组件电压自动设置电压台阶分布，但是在10ms内，可分布的台阶数目有限，如果组件电容性过大，在有限的台阶数量内，台阶上的取点有效数据有限，可能导致无法完全取得稳定的准确点，如图5所示。

图5 龙背电压扫描电流波动

3.4 测试方法改善——龙背扫描叠加双闪测试

由于和分段测试延长测试时间的不同，最大功率点修正测试由两次闪光测试完成，也称为双闪测试，第一次闪光进行整个I-V曲线扫描测试，然后由软件分析获得最大功率点，在最大功率点附近在进行第二次闪光测试［4］（10ms＋10ms，间隔15s），得到最大功率附近的精确测量结果。

经升级测试方法，重新测试20次电性能数据对比功率稳定性：升级后两次扫描龙背扫描（0.05%）＝磁滞扫描20ms（0.05%）＞宽脉冲40ms（0.04%）。

龙背扫描叠加双闪测试较升级前功率稳定性提高0.03%，如图6所示，电流稳定性提升0.08%，如图7所示。

图6 测试功率稳定性结果

图7 测试电流稳定性结果

4 结束语

为实现光伏平价上网的基础，研制新结构、开发新工艺一直是光伏电池生产制造中的重要环节［5］。N型Top con高效电池相比传统P型晶体硅电池具有少子寿命高、无光致衰减及温度系数小等优点，是当前光伏电池技术研究的热点之一。

由于市场上新出现的高电容，高效率电池组件，传统较窄脉冲测试仪器带来的IV曲线分离，以及稳定性较差已不能满足测试要求。

采用龙背扫描叠加双闪测试（10ms＋10ms），来解决脉宽较短（10ms）内分布的台阶数目有限，组件电容性过大，台阶上的取点有效数据有限，导致无法完全取得稳定的准确点，带来功率电流稳定性较弱的缺点。

减少对N型Top光伏组件测试结果的影响，获得该类光伏组件电性能的精准测试方法，可解决N型Top高电容光伏组件的测试问题。

同时龙背扫描叠加双闪测试具有以下特点：短脉冲扫描，调制电子负载电压曲线。

优点：IV测试准确性增加，稳定性提高。

缺点：针对不同工艺调制电压曲线，通用性差，测试点数少。而且双闪测试带来的测试时间较长，以及灯管使用次数增加等维护成本的增加也需要重视。