一、设备名称：德国WAVELABS SINUS-220太阳电池测试系统

规格型号：德国WAVELABS SINUS-220

二、各项具体技术参数：

太阳模拟光源（A++）：光辐照一致性（A+），曝光时长60 ms/次；

光谱失配度：A++级，光强不均匀性A级 1%-2%；

光强短期不稳定性（STI）：A级，光强长期不稳定性A+++级（< 0.2%-2%）；

不匹配因子的不均匀性： < 0.1%；

不匹配因子的长期不稳定性： < 0.05%。

三、工作原理：

太阳电池工作原理是光生伏特效应，光生伏特效应简称为光伏效应，光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。当太阳光照射至半导体表面时，半导体内部N区和P区中原子的价电子通过光辐射获取超过禁带宽度的能量（电子能级从价带增加至导带），脱离共价键的束缚。由此，半导体内部产生非平衡状态的电子空穴对。若非平衡电子空穴对在半导体内复合，并恢复至平衡状态，则该半导体不能将吸收的光能转化为电能，其吸收的光能被自身损耗，不能对外发电。

光源采用碘钨灯，它的输出光谱接近太阳光谱。调节光源与太阳能电池之间的距离可以改变照射到太阳能电池上的光强，具体数值由光强探头测量。测试仪为实验提供电源，同时可以测量并显示电流、电压、以及光强的数值。

通过测试系统可以得到：Isc短路电流，正负极短路下的电流；Rs串联电阻，包括光伏电池的体电阻、表面电阻、电极电阻、电极与硅片表面的接触电阻等；Rsh并联电阻，又称为旁漏电阻，主要因素为硅片边缘污染及内部缺陷引起。

与发光二极管测试不同，发光二极管采用加电流测电压的模式，太阳能电池采用加电压测试电流的模式，也就是说测试曲线的时候加一个电压值，然后测试产生的电流值，依次改变电压值，获得一系列的I－V点，作图之，就得到了I－V曲线，I除以面积后拟合得到合适的J－V曲线。

图1 太阳电池测试系统的等效示意图

四、应用领域

1、材料科学与工程：

在材料科学与工程领域，尤其指半导体器件领域。可通过JV测试得到器件性能指标，通过电致发光（EL）清晰的看到器件的缺陷，并根据结果详细的分析成因。

2、半导体工业：

质量监控与工艺诊断、器件分析、失效分析和可靠性研究、电子材料研制分析，研究半导体材料的动力学现象。

3、物理学：

太阳能电池的暗伏安特性测量，测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系，测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系，得到太阳能电池的输出特性测量。

五、可开展实验项目

1. 染料敏化太阳能电池（DSSC）光阳极制备及电池性能测试

2. 钙钛矿太阳能电池设计、制备与检测

六、可培训技能

1、太阳电池、组件的电学性能测试分析

2、IV曲线测量太阳能电池参数分析

3、串联电阻分析，并联电阻分析

4、IV曲线拟合。

七、具体操作规程

（1）开关机顺序

电源供应端（Power Supply）→电流电压曲线拟合器（IV-electronics）→信号放大器（Amplyfier）→电脑主机（PC）→机箱前电脑开关→真空泵→冷水机自动启动。注：所有单元启动完毕后，预热大约二十分钟，环境温度达到18℃左右时方可正常使用。注：关机顺序与开机顺序相反，所有开关都以I表示开，0表示关。

（2）测试前准备

计算机启动，选择Admin用户模式（登录密码WaveLabs）；进入电脑桌面，打开软件wavelabs；点击右上角图标进行权限选择user login→operator/calibration /手动输入engineer；选择完毕后，界面正中间位置提示当前用户（current user）：为所选用户。

注：只做测试建议使用calibration；若需储存数据，更改测试所需的参数并建立不同类型电池测试的指定菜单栏，使用最高权限engineer。

Engineer 权限下的所有菜单栏的解释和说明：主界面显示 Cockpit/Recipes/Celltypes/Spectrum/Classification/Settings/Log

①Cockpit包括Results/details。查看测试结果。

②Settings包括system-configuration/device-parameter/user-login。硬件配置。

③Cell_types包括default/新建菜单→设置特定电池类型测试用的名字，面积，掺杂类型→温度系数a常设0.18mA、β常设-2.2mV、Y为0；其余参数不做改变。方便在测试的时候对其进行加载。

④Spectrum包括（AM1.5/all 100 no int/IR-channel/UV-channel/新建光谱）光谱的校准。

⑤Classification适用于将工厂将电池按性能分类。

⑥Recipes包括（production/对当前所测电池新建一个菜单）。

（3）太阳电池测试

点击Recipes production，新建如：xiao ming。设置1-sun（测试基本性能）/1/2-sun（测得准确的Rs值）/dark（并联电阻、漏电流）/IR（红外热成像）/EL（缺陷检测）/新建，每一个测试环境下都需进入对应的IV system中设置相应扫描类型、起始电压、测试时间、计数点、启动延迟时间、最小设置时间等参数<以及>Light engineer中选择光谱、光照强度等参数

保存参数；并在Recipes settings 中加载测试对应电池类型。应用参数，开始测试。

（4）数据保存

在engineer 权限下可以进行数据和图像的保存，保存时需对数据做好相应备，以便后期对数据的查看和提取。

（5）校准

spectrumAM1.5 → intensity-calibration →- calibration-method → mannual alibration/Isc calibration

（一）手动校准

查看测试结果Details中的光谱（light）；观察最下面光谱图的误差范围是否在5%以内。若出现较大偏差；回到手动校准下的Mannual中填写显示值，Nominal Value中填写人为更改值（根据实际电流的强弱填写更改值，电流较低则增大光强，反之亦然）。点击右下角 set new intensity；重复以上步骤，直到误差调整到5%以内为止；save。

（二）自动校准（常用）

将标准电池片放置于载物台等待测量；选择 Isc calibration 后下一栏跳转为Rerference ITems，点击进入。在桌面文件（Rerference）中填写待测标准电池片参数，如：5-BB-1650-1（该序号对应桌面文件内某标准电池），该序列必须具备开路电压、短路电流、填充因子、效率这四个参数才符合添加的条件

Reload（更新），选中并加载，同级菜单栏中选择该电池对应的Recipes，在celltype中选择相应电池类型（可以不用填写）。点击进入Results界面，start calibration，等待直至出现对照表格；若结果显示平均值与标称值。不对应时，需进行校准

根据提示，点击下标改变光强，温度（在settings中chuck栏下更改a、β值），线电阻（尽量不要改，若需更改在settings中更改），Save Spectrum。

八、安全注意事项

（1）快捷键设置：设置某个菜单需要先进入某个菜单→鼠标左键放置所需设置位置1/2/3处并长按即可。

（2）合理测试时间的确定：通过改变加压方向并增大曝光时间观察填充因子（FF）的值，在某时间节点FF一致时，即为合理测试时间。

（3）受电容效应的影响，曝光时间越长，正反扫图像应该越一致。若此时FF仍然与标准值有偏差，则需要调节线电阻。

（4）冷水机使用为超纯水，需保持在18±2℃才能进行正常的测量，日常水位维持在刻度计中间位置即可。

（5）测试时真空泵一定要打开，载物台前面的气孔全部打开，防止电池与电及的接触不良，否则对电池片的填充影响很大。

（6）避免破坏电源供应设备的绝缘层，应立即关闭系统并安排维修。

（7）电气系统的连接和拆分工作只能由合格的电工来完成。

（8）在进行电气系统检查和维护时，断电后至少等待5秒应确保在没有电压的情况下进行才能进行维护和维修。