本发明属于光伏测试领域，具体涉及一种基于迟滞效应分析的高效光伏器件电容-电压特性曲线测试方法。
背景技术
随着光伏产业的迅速发展，光伏器件技术不断更新，其特性表征在器件工艺改善方面的作用愈发重要，其中电容-电压特性曲线的测试可以用于光伏器件的缺陷与界面态研究，进而用于其工艺参数和分析失效机制，为光伏器件的性能提升提供依据。
一般光伏器件的电容-电压特性曲线测试需要在测样品两极加载可变直流偏压，同时利用一定频率的微小交流电压信号进行测量。根据被测光伏器件的等效二极管电路模型、所加交流电压信号的频率与所测光伏器件阻抗数值的关系即可推得光伏器件在对应直流偏压下的电容值。光伏器件电容与电压的关系有助于光伏器件中掺杂浓度、缺陷水平与界面态的研究。
普通光伏器件电容数值一般为皮法量级至纳法量级；对于高效光伏电池而言，其最大功率点处电容可达20μf/cm2，开路电压处的电容值甚至可至毫法量级，远超大部分电容-电压特性曲线测试仪器设备的有效量程；由于功率等级限制，现有电容-电压特性曲线测试仪仅适用于面积较小的太阳电池，而无法测试光伏组件；此外，电容-电压曲线测试仪并非光伏测试实验室的常规设备，光伏器件的电容测试还需额外购置专用设备，导致了测试成本的增高。
综上所述，光伏器件的电容-电压曲线的测试非常必要，但是现有的测试设备与测试方法还存在有较大的不足，特别是对于高效光伏器件，其较高的电容值往往会影响到光伏器件的性能测试与实际使用，新的可用于高效光伏器件电容-电压特性曲线的方法亟需建立。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法，用于解决现有技术中高效光伏器件的较高的电容值会影响到光伏器件的性能测试与实际使用的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法，包括以下步骤：1)基于光伏器件的电流-电压特性曲线测试标准与测试流程，在模拟光源下通过调节所述电流-电压特性曲线测试仪的测试参数获取不同扫描方向下，相同扫描点数及不同扫描时间的多组带有迟滞误差的待测光伏器件电流-电压特性曲线；2)计算在相同测试参数及第一扫描方向及第二扫描方向下的两条电流-电压特性曲线在不同偏置电压下的迟滞误差值；3)将不同的所述电流-电压特性曲线的数据及相应偏置电压下的迟滞误差值代入光伏器件迟滞效应方程，运用数值算法获取所述光伏器件在不同偏置电压下的电容值，同时获取电容-电压特性曲线。
优选地，所述光伏器件为高效硅基光伏器件。
进一步地，所述高效硅基光伏器件包括但不限于硅异质结光伏器件及钝化发射极背面接触的硅基光伏器件中的一种。
优选地，所述光伏器件的最大功率点处的电容不小于20μf/cm2。
优选地，步骤2)所述的不同扫描方向下的两条电流-电压特性曲线的所述第一扫描方向为从0伏到开路电压，所述第二扫描方向为从开路电压到0伏。
优选地，步骤1)还包括基于光伏器件的电流-电压特性曲线测试标准与测试流程，在模拟光源下通过调节所述电流-电压特性曲线测试仪的测试参数获取不同扫描方向下，相同扫描点数及不同扫描时间的至少一组没有迟滞误差的待测光伏器件电流-电压特性曲线；步骤2)还包括通过所述至少一组没有迟滞误差的待测光伏器件电流-电压特性曲线获取不同偏置电压下光伏器件的无迟滞误差输出电流值；步骤3)还包括将相应偏置电压下所述光伏器件的无迟滞误差输出电流值代入所述迟滞效应方程。
优选地，步骤2)中，计算在相同测试参数及不同扫描方向下的两条电流-电压特性曲线在不同偏置电压下的迟滞误差值εt(v)的计算公式为：
其中，上式中pt(v)f与pt(v)r分别为第一扫描和第二扫描时各个偏置电压v的功率。
优选地，计算高效光伏器件电流-电压特性曲线的算法基于如下迟滞效应方程：
其中，上述公式中各个符号所代表的含义如下：
εt(v)为不同偏置电压v下，不同扫描方向、相同扫描参数两条电流-电压特性曲线的迟滞误差，其中迟滞误差等于对应两条电流-电压特性曲线在电压为v时的功率之差除以功率之和；
req(v)为不同偏置电压v下，光伏器件在二极管等效电路中的等效电阻；
i(v)为不同偏置电压v下，光伏器件的无迟滞误差输出电流值；
t为每个扫描点的有效电压保持时间；
△v为光伏器件电流-电压特性曲线测试中相邻测试点的电压差，该数值与扫描点数成反比关系；
cd(v)为不同偏置电压v对应的电容值。
所述测试方法涉及的迟滞效应公式可由戴维南定理简化后的光伏器件等效电路模型获取，如图3所示。
优选地，所述测试方法为基于光伏器件电流-电压特性曲线获取相应电容-电压特性曲线的方法。
如上所述，本发明的基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法，具有以下有益效果：
1)本发明的测试方法能够在不改变现有长脉冲稳态模拟光源硬件结构的基础上，通过多次测试高效光伏器件电流-电压特性曲线获得光伏器件的电容-电压曲线。
2)本发明的测试方法能够准确测试高效光伏器件电容-电压特性曲线，有助于评估光伏器件的界面态和缺陷密度。
3)本发明的测试方法不仅适用于单片高效光伏电池电容-电压特性曲线测试，同样适用于光伏组件的电容-电压特性曲线测试。
附图说明
图1显示为本发明中的高效光伏组件的电容电压特性曲线图。
图2显示为本发明实施例1中的基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法的测试流程图。
图3显示为本发明中的光伏器件等效电路简化模型。
图4显示为本发明实施例2中的基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法的测试流程图。
元件标号说明
s11～s13实施例1步骤1)～步骤3)
s21～s23实施例2步骤1)～步骤3)
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
如图2及图3所示，本实施例提供一种基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法，包括以下步骤：
如图2所示，首先进行步骤1)s11，基于光伏器件的电流-电压特性曲线测试标准与测试流程，在模拟光源下通过调节所述电流-电压特性曲线测试仪的测试参数获取不同扫描方向下，相同扫描点数及不同扫描时间的多组带有迟滞误差的待测光伏器件电流-电压特性曲线。
所述光伏器件为高效硅基光伏器件。进一步地，所述高效硅基光伏器件包括但不限于硅异质结光伏器件及钝化发射极背面接触的硅基光伏器件中的一种。例如，所述光伏器件的最大功率点处的电容不小于20μf/cm2，本发明中的高效光伏组件的电容电压特性曲线图如图1所示。
如图2所示，然后进行步骤2)s12，计算在相同测试参数及第一扫描方向及第二扫描方向下的两条电流-电压特性曲线在不同偏置电压下的迟滞误差值。
所述的不同扫描方向下的两条电流-电压特性曲线的所述第一扫描方向为从0伏到开路电压，可以将所述第一扫描方向定义为正向扫描方向，所述第二扫描方向为从开路电压到0伏，可以将所述第二扫描方向定义为反向扫描方向。
如图2所示，最后进行步骤3)s13，将不同的所述电流-电压特性曲线的数据及相应偏置电压下的迟滞误差值代入光伏器件迟滞效应方程，运用数值算法获取所述光伏器件在不同偏置电压下的电容值，同时获取电容-电压特性曲线。
步骤2)中，计算在相同测试参数及不同扫描方向下的两条电流-电压特性曲线在不同偏置电压下的迟滞误差值εt(v)的计算公式为：
其中，上式中pt(v)f与pt(v)r分别为第一扫描和第二扫描时各个偏置电压v的功率。
步骤3)中，计算高效光伏器件电流-电压特性曲线的算法基于如下迟滞效应方程：
其中，上述公式中各个符号所代表的含义如下：
εt(v)为不同偏置电压v下，不同扫描方向、相同扫描参数两条电流-电压特性曲线的迟滞误差，其中迟滞误差等于对应两条电流-电压特性曲线在电压为v时的功率之差除以功率之和；
req(v)为不同偏置电压v下，光伏器件在二极管等效电路中的等效电阻；
i(v)为不同偏置电压v下，光伏器件的无迟滞误差输出电流值；
t为每个扫描点的有效电压保持时间，所述有效电压保持时间即上述的扫描时间；
△v为光伏器件电流-电压特性曲线测试中相邻测试点的电压差，该数值与扫描点数成反比关系；
cd(v)为不同偏置电压v对应的电容值。
所述测试方法涉及的迟滞效应公式可由戴维南定理简化后的光伏器件等效电路模型获取，如图3所示。简化后的光伏器件等效电路为常规的电阻-电容(r-c)电路，利用电阻-电容电路放电特性，分别推导出不同扫描方向下的功率表达式，代入迟滞误差计算公式，化简即可得所述迟滞效应方程。
总的来说，所述基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法为基于光伏器件电流-电压特性曲线获取相应电容-电压特性曲线的方法。
实施例2
如图4所示，本实施例提供一种基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法，包括以下步骤：
如图4所示，首先进行步骤1)s21，基于光伏器件的电流-电压特性曲线测试标准与测试流程，在模拟光源下通过调节所述电流-电压特性曲线测试仪的测试参数获取不同扫描方向下，相同扫描点数及不同扫描时间的多组带有迟滞误差的待测光伏器件电流-电压特性曲线，同时，在所述模拟光源下通过调节所述电流-电压特性曲线测试仪的测试参数获取不同扫描方向下，相同扫描点数及不同扫描时间的至少一组没有迟滞误差的待测光伏器件电流-电压特性曲线。
所述光伏器件为高效硅基光伏器件。进一步地，所述高效硅基光伏器件包括硅异质结光伏器件及钝化发射极背面接触的硅基光伏器件中的一种。例如，所述光伏器件的最大功率点处的电容不小于20μf/cm2，本发明中的高效光伏组件的电容电压特性曲线图如图1所示。
如图4所示，然后进行步骤2)s22，计算在相同测试参数及第一扫描方向及第二扫描方向下的两条电流-电压特性曲线在不同偏置电压下的迟滞误差值，同时，通过所述至少一组没有迟滞误差的待测光伏器件电流-电压特性曲线获取不同偏置电压下光伏器件的无迟滞误差输出电流值。
所述的不同扫描方向下的两条电流-电压特性曲线的所述第一扫描方向为从0伏到开路电压，可以将所述第一扫描方向定义为正向扫描方向，所述第二扫描方向为从开路电压到0伏，可以将所述第二扫描方向定义为反向扫描方向。
如图4所示，最后进行步骤3)s23，将不同的所述电流-电压特性曲线的数据及相应偏置电压下的迟滞误差值及将相应偏置电压下所述光伏器件的所述无迟滞误差输出电流值代入所述迟滞效应方程代入光伏器件迟滞效应方程，运用数值算法获取所述光伏器件在不同偏置电压下的电容值，同时获取电容-电压特性曲线。
步骤2)中，计算在相同测试参数及不同扫描方向下的两条电流-电压特性曲线在不同偏置电压下的迟滞误差值εt(v)的计算公式为：
其中，上式中pt(v)f与pt(v)r分别为第一扫描和第二扫描时各个偏置电压v的功率。
步骤3)中，计算高效光伏器件电流-电压特性曲线的算法基于如下迟滞效应方程：
其中，上述公式中各个符号所代表的含义如下：
εt(v)为不同偏置电压v下，不同扫描方向、相同扫描参数两条电流-电压特性曲线的迟滞误差，其中迟滞误差等于对应两条电流-电压特性曲线在电压为v时的功率之差除以功率之和；
req(v)为不同偏置电压v下，光伏器件在二极管等效电路中的等效电阻；
i(v)为不同偏置电压v下，光伏器件的无迟滞误差输出电流值，可以由上述步骤1)及步骤2)获得；
t为每个扫描点的有效电压保持时间，所述有效电压保持时间即上述的扫描时间；
△v为光伏器件电流-电压特性曲线测试中相邻测试点的电压差，该数值与扫描点数成反比关系；
cd(v)为不同偏置电压v对应的电容值。
所述测试方法涉及的迟滞效应公式可由戴维南定理简化后的光伏器件等效电路模型获取，如图3所示。
总的来说，所述基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法为基于光伏器件电流-电压特性曲线获取相应电容-电压特性曲线的方法。
如上所述，本发明的基于迟滞效应分析的光伏器件电容-电压特性曲线测试方法，具有以下有益效果：
1)本发明的测试方法能够在不改变现有长脉冲稳态模拟光源硬件结构的基础上，通过多次测试高效光伏器件电流-电压特性曲线获得光伏器件的电容-电压曲线。
2)本发明的测试方法能够准确测试高效光伏器件电容-电压特性曲线，有助于评估光伏器件的界面态和缺陷密度。
3)本发明的测试方法不仅适用于单片高效光伏电池电容-电压特性曲线测试，同样适用于光伏组件的电容-电压特性曲线测试。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。