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電流電壓量測系統軟體 (IV measurement)

電流電壓量測系統軟體 (IV measurement)

太陽能電池電流電壓特性量測與分析系統
Current-Voltage (IV) Measurement and Characteristics Analysis of Solar Cell

簡介:
太陽能電池是可再生能源中具有發展性的一種,只要在太陽光充足的區域,就可以將光能轉換為電能,故在石化能源短缺及溫室效應的考量下,具有相當大的未來性。

太陽能電池的種類眾多,從第一代的單、多晶矽、砷化鎵太陽能電池,到第二代的薄膜太陽能,如矽薄膜、銅銦鎵硒、碲化鎘,及第三代的有機與染料敏化太陽能電池等等,各有不同的元件特性,從單一PN接面到多接面的太陽能電池,各具有不同的光譜響應。藉由 電流電壓特性的量測與分析,將有助於了解光電轉換效率及其重要的因子(短路電流Jsc、開路電壓Voc、填充因子FF、串聯電阻Rs與並聯電阻Rsh), 另外在二極體等效電路上的參數萃取(飽和電流J0、理想因子n、串聯電阻Rs' 與並聯電阻Rsh' ),更可以進一步貢獻到製程上的改善。

太陽能電池的能量產生: 
當p型與n型半導體形成接面時,將產生內建電場,在不照光的情形下,如同一般的二極體,順向導通,逆向截止。在照光的情形下,將使半導體內部產生光電子,電子電洞濃度的分布,將使p型與n型費米能帶分開,產生電位差,在外接迴路的不同負載下,將形成不同的負載點,使得電流電壓特性曲線造成變化。在理想的情形下,其等效電路可視為二極體外加一電流源,當負載點的電流與電壓乘積為最大值時,即為能量產生的最大值。

能量轉換效率:
太陽能電池的轉換效率,是由短路電流Jsc、開路電壓Voc及填充因子FF的乘積除上輸入光能量所得到的值。在標準光源AM1.5g 的照射下,短路電流取決於太陽能電池的外部量子效率與光譜的乘積,此與吸收層的能隙能量、厚度、載子收集效率及表面光反射相關。開路電壓與載子濃度、載子遷移率、空乏區寬度、飽和電流J0及理想因子n..等相關。填充因子則與串聯電阻Rs'、並聯電阻Rsh' 、飽和電流J0及理想因子n..等相關。

理論上,照光產生的電流電壓特性圖,不只是透露出短路電流Jsc、開路電壓Voc、填充因子FF、串聯電阻Rs與並聯電阻Rsh,在二極體等效電路下,我們可以擷取更多的參數(飽和電流J0、理想因子n、串聯電阻Rs' 與並聯電阻Rsh' ),作為製程上的改善。 
在不同的溫度及照度下,可以進一步量測出太陽能電池的溫度係數(temperature coefficient)及低照度下轉換效率的特性表現(LIP, Low Irradiance Performance)。

本公司的電流電壓特性量測與分析軟體支援Keithley 24XX 系列的電流表,簡易的使用者介面可以自行調整量測電壓範圍、量測速度、電壓電流解析度、順向或逆向的電流電壓量測,還可以提供即時性的參數擷取(飽和電流J0、理想因子n、串聯電阻Rs' 與並聯電阻Rsh' ),可即時回饋到產線上的製程參數調整,以縮短研發時間。

若須更詳細的分析技巧、理論與實驗設計,請來信(photonics@litron.com.tw)詢問!

參考文獻:http://www.pveducation.org/pvcdrom/