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　　概述

　　随着清洁能源需要增长
，太阳能的潜力日益受到关注
，太阳能电池通过吸收光子开释电子
，将阳光直接转化为电能。电气测试宽泛用于研发和出产中
，以表征其机能
，蕴含直流/脉冲电压丈量、互换电压测试等
，分析关键参数如输出电流、转换效能和大功率输出
，常结合分歧光强和温度前提进行。

　　4200A-SCS参数分析仪可简化这些电气丈量过程
，集成直流和急剧I-V、C-V丈量职能
，具备节造软件、图形绘造和数学分析能力。它合用于多种丈量
，蕴含直流/脉冲I-V、C-V、C-f、驱动级电容分析(DLCP)、四探针电阻率和霍尔电压丈量。这些职能可援手优化太阳能电池机能
，使其效能大化。本利用注明描述了若何使用4200A-SCS对光伏电池进行这些电丈量。

　　使用4200A-SCS进行电气丈量

　　为了简化光伏资料和电池的测试
，4200A-SCS配有对应的测试和一个能够轻松地进行多项常用有关丈量的项目。这些测试蕴含I-V、电容和电阻率丈量
，还蕴含提取大功率、短路电流、缺点密度等公共参数的公式。

　　直流电流/电压（I-V）丈量

　　太阳能电池的多项参数可通过电流-电压(I-V)丈量获得。使用4200A-SCS的源丈量单元(SMU)便可实现此工作
，它既可作为电压源
，又可丈量电流。4200A-SCS的SMU拥有四象限工作能力
，可能以施加电压的函数吸收电池电流
，并提供四种型号：4200-SMU/4201-SMU（大100mA）和4210-SMU/4211-SMU（大1A）。若电池电流超出以上领域
，可通过减幼电池面积或使用吉时利SourceMeter?仪器获得更高电流支持。

　　从I-V丈量得到的参数

　　太阳能电池的等效电路模型蕴含光感应电流源(IL)、二极管、串联电阻(rs)和分流电阻(rsh)
，其中串联电阻影响短路电流和输出功率
，梦想值为0Ω
，而分流电阻反映漏流损耗
，梦想值为∞。当光照射在太阳能电池上并衔接负载电阻时
，总电流为

　　I=ls(eqV/kT?1)?ILI=ls(e^{qV/kT}-1)-ILI=ls(eqV/kT?1)?IL。表征电池效能的关键参数蕴含大功率点(Pmax)、能量转换效能(η)和填充因子(FF)
，大功率点对应电池I-V曲线的“拐点”
，此处输出功率达到大。

　　衔接到太阳能电池进行I-V丈量

　　图1显示了使用4200A-SCS衔接太阳能电池进行I-V丈量的配置。太阳能电池通过四线衔接测试
，其中一对引线(Force)提供电压
，另一对引线(Sense)丈量压降。这种配置可解除引线电阻的影响
，确保丈量的正确性
，同时Sense端引线能赔偿电压误差
，确保电池电压与设定值一致。

　　图1.4200A-SCS衔接到太阳能电池进行I-V丈量

　　正向偏置I-V丈量

　　太阳能电池的正向偏置I-V丈量在受控光照下进行
，通过“fwd-ivsweep”测试由4200A-SCS的SMU实现
，电压从0扫至开路电压(Voc)。短路电流(Isc)和开路电压(Voc)可直接从扫描数据中提取
，其他参数如转换效能(η)和电流密度(J)可通过公式器推算。I-V扫描了局可天生半对数图或颠倒图形
，以支持分歧分析需要。

　　串联电阻(rs)可通过分歧光强下的正向I-V曲线确定
，步骤为衔接线性区域点并丈量其斜率的倒数。4200A-SCS的SMU拥有极低的电压负荷
，仅几百μV
，与传统数字万用表相比
，更适合太阳能电池的低电压丈量
，削减测试误差。

　　反向偏置I-V丈量

　　从反向偏置I-V数据能够推导出太阳能电池的漏电流和分流电阻(rsh)。测试通常在暗室中进行
，通过逐步增长电压至击穿电平并丈量电流绘造曲线。SMU的前置放大器支持pA级甚至更幼的精确丈量
，使用低噪声电缆和屏蔽盒可进一步削减滋扰
，屏蔽衔接至4200A-SCS的Force LO端子。

　　分流电阻(rsh)可通过反向偏置I-V曲线的线性区域斜率推算（如图2所示）。Solar Cell Reverse I-V Sweep(“rev-ivsweep”)测试可天生现实的反向偏置个性曲线
，半对数图显示了电流绝对值与反向偏置电压的关系（如图3所示）
，用于更直观的分析。

　　图2.太阳能电池典型的反向偏置个性

　　图3.用SMU丈量硅太阳能电池的反向偏置I-V

　　电容的丈量

　　C-V丈量在推导太阳能装置的特定参数时是极度有效的。凭据太阳能电池的类型
，电容-电压(C-V)丈量可用于推导掺杂浓度和结的内置电压等参数。电容-频率(C-f)扫描可用于提供耗尽区是否存在陷阱（空穴/阱电容）。4200A-SCS的可选4210-CVU或4215-CVU作为电容计
，丈量电容的有关函数：施加的直流电压(C-V)
，频率(C-f)
，功夫(C-t)
，或施加AC电压。CVU还能够丈量电导和阻抗。

　　为了进行电容丈量
，如图4所示
，将太阳能电池衔接到CVU上。与使用SMU进行的I-V丈量一样
，电容丈量也涉及四线衔接以赔偿引线电阻。HPOT/HCUR端子衔接到阳极
，LPOT/LCUR端子衔接到阴极。将CVU的直流高压源端衔接到阳极。

　　图4.将太阳能电池衔接到CVU电容计

　　图4显示了来自电容计四个端子的四根同轴电缆的屏蔽衔接。来自同轴电缆的屏蔽必须尽可能靠近太阳能电池衔接在一路
，以获得高的精度
，由于这削减了丈量电路中电感的影响。这对于在更高的测试频率下进行电容丈量尤其沉要。

　　思考到电池的电容与器件的面积直接有关
，在可行的情况下
，可能必要减幼电池自身的面积
，以预防电容可能过高而无法丈量。此表
，将CVU设置为在较低的测试频率和/或较低的AC驱动电压下丈量电容
，将允许丈量较高的电容。

　　C-V扫描

　　C-V丈量可在正向或反向偏置下进行
，但正向偏置时需限度直流电压
，以预防过高电导导致丈量失败
，且直流电流不得超过10mA
，不然仪器可能进入钳位状态。反向偏置前提下
，通过Solar Cell C-V Sweep测试天生的C-V曲线如图5所示。

　　图5.硅太阳能电池的C-V扫描

　　为了进一步分析
，可绘造1/C?与电压的关系曲线（如图6所示）。内置电压可通过1/C?曲线与横轴的交点推导
，掺杂密度则作为电压的函数显示在Analyze窗口中。用户可使用公式器输入电池面积以推算这些参数
，或通过线性拟合选项直接获取内置电压值。

　　图6.1/C2 vs.硅太阳能电池的电压

　　C-f扫描

　　CVU选项还能够丈量电容、电导或阻抗与测试频率的函数。频率领域从1kHz到10MHz。图7中的曲线是使用Solar Cell C-f sweep或“cfsweep”测试天生的。扫描频率的领域和偏置电压都能够调节。所需的参数
，如陷阱密度
，能够从电容与频率的数据中提取。丈量能够在分歧温度下沉复进行。

　　图7.Solar Cell的C-f扫描

　　驱动级电容分析(DLCP)

　　驱动级电容分析(DLCP)是一种技术
，用于确定陷阱密度(NDL)随光伏电池结深的变动。在DLCP丈量中
，AC电压的峰峰值进行扫频
，同时直流电压随着电容丈量而变动。与传统C-V丈量分歧
，DLCP维持总施加电压(AC+直流)恒定
，通过调节直流电压偏置来扭转样品内固定地位(Xe)
，从而确定袒露电荷密度(ρe)。

　　DLCP的关键优势是可能通过调整直流偏置
，分析陷阱密度随距离变动的个性
，还可进行特定深度的能量分析。此表
，丈量中可扭转测试频率和温度
，以实现基于能量的更具体分析。

　　脉冲式I-V丈量

　　脉冲式I-V丈量用于分析太阳能电池参数
，如转换效能、幼载流子寿命和电池电容影响。通过4225-PMU？榻姓闪
，可输出脉冲电压、捕获高速波形并吸收电流
，支持单通路或双通路配置
，选取2线技术校对电缆电压损失
，无需4线丈量。

　　为确保丈量正确性
，需验证脉冲宽度足够长
，波形捕获模式可用于动态测试和脉冲设置优化。对电容较大的太阳能电池
，可通过减幼电池面积削减稳按功夫。图8显示的了局批注
，PMU吸收电流
，电流曲线延长至第四象限。

　　图8.使用4225-PMU对太阳能电池进行脉冲I-V丈量

　　电阻率和霍尔电压丈量

　　电阻率的大幼直接影响太阳能电池的机能
，因而丈量电池资料的电阻率是一项常见的电学测试。半导体资料的电阻率通常选取四探针法丈量
，该步骤能有效解除探头电阻、扩大电阻以及金属触点与资料之间接触电阻引起的误差。

　　常用的电阻率丈量技术蕴含四探针法和范德堡法。SolarCell项目中蕴含了用于执行这两种丈量的多项测试
，还提供了丈量范德堡系数和霍尔系数的独立测试。用户可在Select视图的搜索栏中输入相应测试名称（如vdp-surface-resistivity、vdp-volume-resistivity或hall-coefficient）以急剧找到所需测试。

　　四探针丈量法

　　四探针技术是将四个等间距的探针与阻值未知的资料接触。如图9所示
，探针阵列被搁置在资料的中心。两个表部探针用于加载电流源
，两个内部探针用于丈量通过资料表表产生的电压差。

　　图9.四探针测电阻率

　　已知加载电流和被测电压推算表表或薄膜电阻率:

　　σ=表表电阻率(Ω/□)

　　V=回读电压(V)

　　I=加载电流(A)

　　若是样品的厚度已知
，则体电阻率能够按如下方式推算:

　　ρ=体电阻率(Ω-cm)

　　t=样品厚度(cm)

　　k=建改因子*基于探针间距与晶圆直径之比以及晶圆

　　厚杜纂探针间距之比

　　用范德堡法丈量电阻率

　　范德堡(vdp)技术丈量电阻率使用四个孤立的触点在一个扁平的
，肆意状态的样品。电阻率是凭据图10所示在样品周围进行的8次丈量得出的。

　　图10.范德堡电阻率丈量步骤

　　一旦实现了所有的电压丈量
，就能够推导出两个电阻率值ρA和ρB：

　　选取vdp-resistivity subsite

　　和vdp法进行测试

　　为了实现vdp电阻率丈量的自动化
，solarcell项目有一个vdp-resistivity subsite
，蕴含四个测试：“i1-v23”、“i2-v34”、“i3-v41”和“i4-v12”。测试的截图如图11所示。

　　图11.范德堡测试的截图

　　图12.范德堡丈量的SMU配置

　　样品的每个端子都衔接到SMU的Force HI端子
，因而必要带有四个SMU的4200A-SCS。四个SMU在每个测试中的配置分歧：一个SMU提供测试电流
，两个配置为电压表
，一个设置为公共端。在样品周围沉复此丈量设置
，四个SMU中的每一个都在四个测试中的每个测试中阐扬分歧的职能。图12显示了每次测试中每个SMU的职能。

　　霍尔电压丈量

　　霍尔效应丈量对于半导体资料的表征很沉要
，由于霍尔电压能够导出导电类型、载流子密度和霍尔迁徙率。在表加磁场的情况下
，能够使用图13所示的配置来丈量霍尔电压。

　　图13.霍尔电压丈量

　　使用4200A-SCS丈量霍尔电压

　　SolarCell项目不蕴含丈量霍尔电压的具体测试；然而
，能够在subsite上增长四个测试
，以确定霍尔系数和迁徙率Ｋ伎嫉交舳闪康呐渲糜敕兜卤さ缱杪收闪考壤嗨
，能够复造和批改vdp测试以进行霍尔电压丈量。这些批改涉及扭转SMU的职能。

　　若是使用永磁体
，则能够使用作为库中的作为来创建一个对话框项目提醒
，该对话框将终场项目树中的测试序列
，并批示用户更改利用于样品的磁场性。项目提醒符是一个对话框窗口
，它暂停项目测试序列并提醒用户执行某些操作。有关若何使用对话框作为的注明
，请参阅4200A-SCS参考手册。后
，在subsite的Calc表中推导出霍尔系数和迁徙率。这些数学函数能够加到其他公式中
，用于测定电阻率。

　　结论

　　丈量太阳能电池的电个性对于确定设备的输出机能和效能至关沉要。4200A-SCS通过自动化I-V、C-V、脉冲I-V和电阻率丈量来简化电池测试
，并提供图形和分析职能。对于大于1A的电流丈量
，Keithley提供可用于太阳能电池测试的源表仪器。包办使用四个独立的测试在subsite的Cals表格中进行霍尔电压丈量
，从库中增长霍尔系数测试
，它将所有丈量和参数提取归并到一个测试中。