标签: 太阳能电池

一、 钙钛矿电池多通道稳定性测试方案 简介 1.项目背景 钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。 2.项目挑战 传统电子负载加万用表测量的效率低下； 进口源表的软件配套开发不完善。 二、钙钛矿材料简介 1.钙钛矿材料种类 钙钛矿晶体为ABX3 结构，一般为立方体或八面体结构。 在钙钛矿晶体中，B离子位于立方晶胞的中心，被6个X离子包围成配位立方八面体，配位数为6； A离子位于立方晶胞的角顶，被12个X离子包围成配位八面体，配位数为12，如图 所示，其中，A离子和X离子半径相近，共同构成立方密堆积。 2.钙钛矿太阳能电池的结构与原理 (1)钙钛矿电池结构与原理 在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长。这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层，最后被ITO（导电玻璃电极Indium-tin oxide）收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集，通过连接FTO（导电玻璃、Fluorine-doped tin oxide）和金属电极的电路而产生光电流。 (2)钙钛矿电池制作过程 (3)典型成品钙钛矿电池片 三、方案说明 1.测试 要求 (1) IV系统 测量以下主要参数： 开路电压Uoc（Open Circuit Voltage）； 短路电流Isc（Short-circuit Current）； 峰值电压Um； 峰值电流Im； 峰值功率Pm=UmXIm； 填充因子FF； 转换效率?=Pm（电池片峰值功率）XPin（单位面积入射的光功率）/S（电池片的面积） …… (2) QE系统 测量以下主要参数： 光谱响应度； 外量子效率； 内量子效率； 反射率； 透射率； 积分短路电流密度； 光束诱导电流 …… 2. 测试所需仪表 AAA太阳光模拟器； 标准单晶硅太阳电池（中国计量研究院标定）； 普赛斯S型源表或CS系列插卡式源表； 样品探针台或者定制夹具； IV测试分析软件； 3.典型测试指标 4.选型依据 电压量程及精度；电流量程及精度； 采样速率高；IV测试分析软件功能； 5.测试链接 CS系列源表多通道测试系统 S系列源表多通道测试系统 四、常见技术问题汇总FQA 1. 与传统电子负载和万用表测量方案的区别？ 源表集成源与表于一体，集成度高，从硬件上来说接口标准，有RS232、GPIB和LAN口，更适 合实验室和自动化测试线的应用。从软件上来说，指令集的标准化程度高，上位机软件开发容易 。 2.与进口源表相比有哪些优势？ 普赛斯的S系列源表对标2400，可测量电压和电流范围更宽。软件上不仅提供指令 集，还支持C++和Labview的SDK包，更便于测试系统的集成。 3.源表可以应用于钙钛矿哪些测试领域？ S系列源表可以应用于科研、教学的实验系统，也可以应用于产线自动化测试。

　　太阳能电池受照射时，输出电功率与入射光功率之比η称为太阳能电池的效率，也称光电转换效率。一般指外电路连接最佳负载电阻RL时的最大能量转换效率。 　　在上式中，如果把At换为有效面积Aa(也称活性面积)，即从总面积中扣除栅线图形面积，从而算出的效率要高一些，这一点在阅读国内外文献时应注意。 　　美国的普林斯最早算出硅太阳能电池的理论效率为21.7%。20世纪70年代，华尔夫(M.Wolf)又做过详尽的讨论，也得到硅太阳能电池的理论效率在AM0光谱条件下为20%~22%，以后又把它修改为25%(AM1.0光谱条件)。 　　估计太阳能电池的理论效率，必须把从入射光能到输出电能之间所有可能发生的损耗都计算在内。其中有些是与材料及工艺有关的损耗，而另一些则是由基本物理原理所决定的。 　　目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。 　　虽然大规模应用现在还有经济上的限制，但是一些个人便携式太阳能锂电池充电设备已经应用的非常广泛了。 　　ZS6078是一款可使用太阳能板供电的PWM降压模式单节磷酸铁锂电池充电管理集成电路，独立对单节磷酸铁锂电池充电进行管理，具有封装外形小，外围元器件少和使用简单等优点。 　　ZS6078具有涓流，恒流和恒压充电模式，非常适合磷酸铁锂电池充电管理。在恒压充电模式，ZS6078将电池电压调制在3.625V;在恒流充电模式，充电电流通过一个外部电阻设置。当输入电源的电流输出能力降低时，内部电路能够自动跟踪太阳能板的最大功率点，用户不需要考虑最坏情况，可最大限度地利用太阳能板的输出功率，非常适合利用太阳能板供电的应用。 　　对于深度放电的电池，当电池电压低于恒压充电电压的66.5%(典型值)时，ZS6078用所设置的恒流充电电流的17.5%对电池进行涓流充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小，当充电电流降低到恒流充电电流的16%时，充电结束。在充电结束状态，如果电池电压下降到恒压充电电压的91.66%，自动开始新的充电周期。当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，ZS6078自动进入睡眠模式。 　　其它功能包括输入低电压锁存，电池端过压保护和充电状态指示等。 　　从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。 致尚微电子 微信公众号：cnzasem

能想象有一天你的智能手机屏幕就是迷你 太阳能面板 吗？随着美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员们开发出新的双层透明 太阳能薄膜电池 ，这一愿景很快地就能实现。 由UCLA Henry Samueli应用科学与工程学院教授杨阳(Yang Yang)主导的研究团队在去年已经开发出一种串联结构的透明有机太阳能电池(TOPV)，当时可实现约4%的太阳能转换效率。 如今，他们已将该薄膜电池的转换效率提升近一倍(7.3%)了，使其不仅能应用于行动设备上，也能安装在窗户、汽车天窗以及其它大范围的表面上。杨阳指出，这项技术的优势在于具有能将摩天大楼的窗户和墙壁等大面积区域转变成能量采集设备的潜力，“相较于目前常见在屋顶上安装太阳能板的方式，该技术适用于更多表面的区域。”       UCLA研究人员已经为去年开发出的PV电池提升2倍转换效率了。这款PV电池可作成透明、浅绿或棕色，以因应建筑物窗户、智能手机屏、汽车天窗以及其它表面的需求，并可将其转换为能量采集设备。（来源：UCLA） Source   这种双层超薄聚合物电池更有效率的原因在于：首先，它可从更广泛的太阳光谱中吸收更多的光，其次是电池之间的聚二碘化盐的互连层能够减少能源被吸收的损失。 杨阳的研究团队为电池开发出的新聚合物材料能以两种不同色彩产生两种低能隙的材料组合，PBDTT-SeDPP与PBDTT-FDPP-C12，从而使其适用于窗户上，以增加稳私性与美观。“这些材料能以浅棕色或浅绿色进行处理，不但使窗内的人们拥有稳私，同时搭配不同的建筑物色彩，此外还能用于采集大量的光源。” 在手机上使用新的太阳能薄膜不但不会妨碍电池的使用，甚至还足以延长电池的使用寿命，杨阳强调。不过，智能手机的屏幕通常不够大，很难吸收到足够的太阳能而为设备完全充电。因此，应用在建筑物的窗户时，一旦连接到建筑物的电力系统，这种太阳能薄膜更有利于为建筑物的设施提供足够的电力。 杨阳与其开发团队已经在《能源与环境科学》(Energy Environmental Science)期刊网站上发表这项研究成果。该团队目前正致力于改善透明太阳能薄膜等元件的效率，以及使这种薄膜电池具有可扩展性。 这项研究的赞助单位之一──EFL Tech预计，这项太阳能薄膜电池研究可望在未来五年内商用化上市。此外，美国空军科学研究院以及海军研究办公室也赞助了这项研究。

日本公司六朋电子公司（Kyosemi）开发出一种革命性的球状微型太阳能电池，可捕获 各个 角度的阳光。这种电池称为斯斐拉（Sphelar），未采用传统的平面基板光伏设计，而是采用更有效的形状，就是球形。虽然传统的平板太阳能电池很容易设 计和生产，但是，主要问题是，他们的效率依赖于相对于太阳的位置。虽然一些公司已经解决这一物体，采用机动支架，跟踪太阳的轨迹，但是，六朋电子公司发明 了一种全新的方法，不需要昂贵的电机就可奏效。     这种太阳能电池在早晨、傍晚光线偏斜时，效果过仍然很好。 来源： 六朋电子公司   他们创新的新型斯斐拉电池，是微型球状太阳能电池矩阵，可以吸收任何角度的阳光。这不仅意味着更高效的能源生产，但功耗更低，就可以驱动太阳能电池框架。   斯斐拉电池的设计和几何形状意味着，可以利用反射光和间接光源，能量转换效率接近20％，这一目标远远超出了大多数平板光伏技术。它的设计也使斯斐拉电池可用于各种尺度，包括移动电子设备。     这种电池可以制成各种形状，来源：六朋电子公司

来自于日光的电能是真正“绿色”和廉价的能源，但是需要基于光伏（PV）电池和存储设备（例如电池）的能量转换系统。PV或太阳能电池在户外照明领域，甚至在全家用和工业领域的应用越来越广泛；它们可以采用与半导体器件制造相同的工艺进行制作。太阳能电池的功能非常简单：吸收太阳光的光子并释放出电子。当在太阳能电池上连接负载时，就会产生电流。   Electricity from sunlight is truly “green” and inexpensive but requires an energy conversion system with photovoltaic (PV) cells and a storage unit, such as a battery. PV or solar cells are finding increasing use in outdoor lighting schemes and even for full-house and industrial applications; they can be fabricated with the same processes used to make semiconductor devices. A solar cell’s function is simple: to absorb photons from sunlight and release electrons. When a load is connected to the cell, electric current will flow.   PV电池和材料的电气特征分析需要进行多种电气测量。这些测试工作可以在研发过程中在电池上进行，也可以作为电池制造工艺的组成部分。这些测试包括电流与电压关系（I-V）、电容与电压关系（C-V）、电容与频率关系（C-f）和脉冲I-V测试等。利用这些电气测试结果可以提取出很多常用的参数，例如输出电流、最大输出功率、掺杂密度、转换效率、电阻率和霍尔电压。 1   To characterize the electrical properties of the PC cells and materials, a variety of electrical measurements are performed. These tests can be performed during research and development on the cells or as part of the manufacturing process of the cells. These tests may include current versus voltage (I‑V), capacitance versus voltage (C‑V), capacitance versus frequency (C-f), and pulsed I-V. From these electrical tests, many common parameters can be extracted, such as the output current, maximum output power, doping density, conversion efficiency, resistivity, and Hall voltage.   PV电池采用各种吸光材料制作，包括结晶和非晶硅，碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒化物（CIGS）材料制成的薄膜，以及有机/聚合物类的材料。   PV cells are based on a variety of light-absorbing materials, including crystalline and amorphous silicon, thin films such as cadmium telluride (CdTe) and copper indium gallium selenide (CIGS) materials, and organic/polymer-based materials. 吉时利仪器公司“采用4200-SCS半导体特征分析系统进行太阳能/光伏电池的I-V和C-V测量”，2876号应用笔记，www.keithley.com.