太阳能电池也叫光伏电池，其发电过程主要有三部分：第一，半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子-空穴对或偶极子；第二，非平衡电子和空穴从产生处向势场运动，这种运动可以是扩散运动，也可以是漂移运动；第三，非平衡电子和空穴在势场的作用下向相反的方向运动而分离。在制作出太阳能电池后要对其进行测试和表征，以反映所得电池的性能。

       太阳能电池从研发到生产，每个环节都有不同的测试需求，其光电特性包括伏安 I-V特性分析对推导有关太阳能电池性能的重要参数至关重要，主要包括最大电流 IMAX 和电压 VMAX、开路电压 VOC、短路电流 ISC、填充因子FF 以及转换效率η等。

       为何选择数字源表来进行太阳能电池的I-V测试？

       许多半导体和电子装置测试都涉及要尽可能快地输出电压和测量电流。整体测试时间是由充电时间、测量时间、放电时间，以及设定和处理测试时间所组成的函数。传统的电源只能输出电压或电流，而无法作为负载吸收能量，而数字源表（SMU）是一种可以提供完整的四象限运行的精密仪表，当工作在第2和第4象限时，可以作为阱（负载）吸收能量，工作在第1和第3象限时，可以作为源输出能量，而且在源或阱模式下能同时测量电压、电流和电阻。数字源表（SMU）综合了电流源、电压源、电流表、电压表及电子负载的功能，并能够轻松地在这些不同功能之间进行切换。这使它能够独立测量器件在所有四个测量象限中的I-V特性,不需要使用任何其他设备。这将极大改善测试时间、简化整体测试系统设计，并提升可用性。除了能够非常精确地输出和测量电压或电流输出大小,数字源表（SMU）还具有一致性测量特性,可以限定电压或电流输出大小,预防器件损坏。

       普赛斯数字源表（SMU）易于整合其它设备来构建完整的测量解决方案

       自2015年开始，普赛斯致力于数字源表的研究，并于2019年率先实现数字源表的国产化，陆续推出了高精度数字源表、插卡式源表等产品，并联合行业知名厂商为用户打造科研级单通道及多通道太阳能电池I-V测试系统，为光伏器件的研究、质检以及应用提供可靠的工具，旨在帮助科研学者节约时间用于下一个科研突破。同时提供了不同的选型配置，满足不同功率和精度的测试需求。

       太阳能电池单通道I-V测试方案

       单通道I-V测试系统以普赛斯数字源表为核心，搭载3A级太阳能模拟光源、测试样品台以及专用I-V测试软件等组成。

图1 太阳能电池I-V测试系统

       高精度数字源表：

       普赛斯S系列源表是普赛斯历时多年打造的高精度、大动态范围、数字触摸的率先国产化源表，集电压、电流的输入输出及测量等多种功能，最大电压300V，最大电流1A，支持四象限工作，适用于小面积、小功率的太阳能电池片的I-V测试。而HCP系列最大直流电流30A，最大脉冲电流可达100A，最大电压50V，适用于需要大电流测试的应用场景。

       太阳能电池多通道稳定性测试方案

       近年来钙钛矿太阳能电池因其创纪录的高效率、低廉的制造成本而备受瞩目。影响钙钛矿电池商业应用的主要瓶颈是其长期稳定性，特别是光照、光+热联合作用下的稳定性。目前钙钛矿电池常用的工作稳定性测试方法是将电池置于1sun标准光照射下，持续最大功率点跟踪（MPPT），控制电池温度为50℃左右，进行光老化测试。常规测试时间是1000小时，如仍在1sun下进行光老测试在时效性上是无法接受的，因此有必要在更高光强（＞1sun）下进行更快加速度的老化测试。

       普赛斯专为钙钛矿太阳能电池研究工作者量身打造的一款功能强大而齐全的多通道太阳能电池稳定测试系统，光源采用可输出1-4sun等效光强的长寿命白光LED灯，可通过多种方式对电池进行控温（-40-150℃）并控制电池所处的环境气氛（N2、干空、恒温恒湿等），可以对多组电池同时进行长期的稳定性能测试。除了传统的MPPT模式以外，还增加了恒压（如开路电压） 和恒流老化（如短路电流）模式以增加稳定性研究的灵活性，并集成了强大数据分析软件可以实时查看和对比不同样品的各项性能指标。

       该系统主要由硬件部分和软件部分组成，硬件包含上位机、高精度数字源表、LED光源以及软件组成。每一个源表独立控制一个电池，这样可以实现每一个电池实时动态MPPT控制，而不是一个源表轮循控制多个电池；数字源表可采用普赛斯S系列高精度数字源表或者CS系列高精度插卡式源表产品搭建。

       S系列源表多通道测试方案

       该方案采用普赛斯S系列源表搭建多通道测试系统，S系列源表电压范围300uV~300V，电流范围100pA~1A，能够兼顾绝大多数小电池和小型模组的测试，源表的数量决定通道数量。

       CS系统插卡源表多通道测试方案

       该方案主要采用普赛斯插卡式设备（CS1010C主机+CS100子卡 或者CS1010C主机 + CS400子卡）组建多通道测试方案，具有通道密度高、同步触发功能强、多设备组合效率高等特点。

       CS1010C主机：采用自定义框架，背板总线带宽高达3Gbps，支持16路触发总线，满足多卡设备高速率通信的需求，拥有最高容纳10字卡的插槽；

       CS100子卡：为单卡单通道子卡，具备四象限工作能力，最大电压30V，最小电流100pA，输出精度达到0.1%，最大功率为30W；配合CS1010主机最多能搭建10个测试通道；

       CS400子卡：为单卡四通道字卡，卡内4通道共地，最大电压10V，最大电流200mA，输出精度达到0.1%，单通道最大功率2W；配合CS1010主机最多能搭建40个测试通道；

       LED光源

       采用高稳定长寿命进口超大光照面积LED灯珠阵列灯板，支持多个小电池和小型模组同时光照测试，灯板面积最大可支持350*350mm2,有效光照面积300*300mm2,稳定性10000小时衰退<2%。

       系统软件

  &nbsp;    系统测试主要分为I-V测试、MPP追踪、V-t测试和I-t测试四个主测试界面。

I-V测试：开始先测量电池的开路电压值VOC，通过设置扫描电压间距（可设定），均匀分布采集电压值。将电压逐渐加大（正扫）/减小（反扫）；每个电压点等待稳定时t1,读取该点电流值，采集记录电流随电压变化的基础数据和曲线。

图8 I-V正反扫描曲线

图9 PV正反扫描曲线

       总结

       武汉普赛斯推出的精密型数字源表（SMU）是对太阳能电池和各种其他器件的I-V特性进行表征的最佳解决方案。其宽广的电流和电压测量范围，可以为科研及生产制造提供良好的测量性能。结合太阳光模拟器以及专用的上位机软件，支持自动扫描I-V特性曲线以及开路电压、短路电流、最大功率、填充因子、转换效率等参数的测量，能极大简化太阳能电池I-V测试效率，可以比以前更精确、更轻松的表征器件。

       关于普赛斯全系列数字源表（SMU）及应用方案的信息，欢迎随时来电咨询。