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太阳电池组件的I-V特性曲线测试资料说明
杨青斌
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太阳电池组件的销售是以组件在标准测试条件下的额定输出功率为单位，但是怎样准确地获得这个额定功率却长期地困扰着组件的生产者和采购者。这里包括与标准测试条件相关的测量标准器、测量环境、测量设备和测量的操作过程等问题。为了方便，在下面的讨论中，凡是涉及一般测量的讨论，被测量器件一般使用“组件”一词代表；而对于有特别指向的被测量器件，则使用专有名称，例如标准太阳电池、参考太阳电池组件等。
1． 太阳电池测量标准器的产生和作用
测量太阳电池或者太阳电池组件，一般使用标准太阳电池传递测量值到标准太阳电池组件作为测量标准器，而标准太阳电池是由绝对辐射计传递光能量计量单位的。根据光能量计量专家的介绍，通过国际比对产生的绝对辐射计计量光能量的不确定度是±0.7%（U95）。但是，理论上绝对辐射计是无光谱选择性的，而太阳电池是有光谱选择性的，所以不能直接将绝对辐射计的计量结果传递到太阳电池上面来。制作标准太阳电池，需要通过一套复杂的光谱测量仪器完成这个传递。由于传递技术的复杂性和不确定性，传递过程带来了许多误差，使得标准太阳电池对光能量的测量的误差超出了人们常规的想象。目前通过国际比对获得的标准太阳电池的标准偏差是±1.9%（U95）。为什么是±1.9%？怎样得到的这个数值？我们必须回顾 PEP93 国际参考太阳电池比对。从 1993 年开始到 1997 年结束的 PEP`93 国际标准太阳电池比对活动（PEP`93 Intercomparison of Reference Cell Calibrations），有 8 个国家的 17 个太阳电池测试实验室参加，包括美国的 NREL、德国的 PTB、日本的 JQA/ETL 和中国的 TIPS（天津电源研究所—十八所）。通过统计分析这些实验室的测试结果，筛选掉了包含极大误差的数据，最终上述四个实验室测量数据被采用。其中，NERA 与标定值的平均偏差是－0.3%，PTB 与标定值的平均偏差是－1.1%，JQA/ETL 与标定值的平均偏差是＋0.3%，TIPS 与标定值的平均偏差是+1.2%。这里，不能根据偏差的大小解释谁的数据更准确，实际的习惯是依据市场的权威性。由这些实验室送样的参考电池片作为世界上太阳电池标准的原级被各个实验室保存下来，并且在目前的标准传递过程中使用。这里应该注意的是，所谓标准太阳电池的标定值，是在 AM1.5 光谱分布、1000W/m2 光辐照度、太阳电池温度 25℃条件下，标准太阳电池输出的短路电流值，代表在规定光谱条件对光源输出的光辐照度能量的计量。而标准太阳电池/组件的传递过程，也是首先使用标准太阳电池的标定值（短路电流）对光源的辐照度进行标定，在标定的光源下测量传递值（短路电流）给被传递的工作标准太阳电池/ 组件。
2． 组件的测试方法
从标准太阳电池到标准太阳电池组件之间对光能量计量值传递的过程与我们生产过程中测量太阳电池组件的过程是相似的，只是对与设备、环境和操作的要求更严格。首先将被测量的太阳电池或者组件与标准太阳电池一同放置在恒温 25℃的实验室内。放置的时间一般根据被测量物品的质量，也就是预计被测量物品达到 25℃所需要的时间决定，为了工作的方便，组件一般要放置 12 小时以上。使用合格的太阳电池组件测试系统，包括 A 级太阳模拟器、电子负载和高速数据采集器，必要的数据处理、显示和存储设备。这里简单地介绍一般脉冲式组件测试系统的工作过程：
a） 触发脉冲太阳模拟器光源；
b） 数据采集器采集由标准太阳电池发出的光辐照度信号并且传递给控制器；
c） 当光源的光辐照度达到预定的要求，控制器触发电子负载以电压或者电流的方式扫描组件的 I-V 特性。电子负载完成扫描组件 I-V 特性的时间，必须与脉冲太阳模拟器光源所发生的脉冲光中一段辐照度相对稳定的区间相吻合；
d） 同时，数据采集器分别采集组件两端的电压、负载电阻两端的电压（代表组件的输出电流）、标准太阳电池负载电阻上的电压（代表标准太阳电池的输出电流，也代表了光辐照度），温度传感器输出的温度信号（一般以电压方式）。上述采集过程是同步进行的；
e） 当电子负载在规定的时间内以电流方式或者电压方式从 I—V 特性曲线的短路端（或者开路端）向开路端（或者短路端）扫描完毕，全部数据采集完毕。此时控制器开始依照固定的规则，将被测量组件的输出电流和电压归一化到标准光辐照度和标准温度上去；
f） 控制器通过显示器显示经过修正的电流和电压数据并将这些数据存储起来。这个测量过程就完成了。
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