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作為測試測量行業(yè)的重要領(lǐng)軍人物，吉時(shí)利2420型高電流源表從幾個(gè)方面入手，測量光電池I-V特性。 第一步：測試系統與配置 有了SMU（源測量單元）之后，器件特性測試系統的配置就變得十分簡(jiǎn)單；過(guò)去完成器件測試需一系列的設備，包括可編程電源、數字多用表和掃描儀等。 2420型源表儀具有最大3安培的輸入輸出能力，同時(shí)具有0.5%或更優(yōu)的精度，低噪聲、高阻抗以及重復性能良好的DMM，與昂貴的大功率可編程電源進(jìn)行光電池特征化的方法相比，2420無(wú)疑提供了另一種經(jīng)濟有效的測量方法。2420型源表儀提供了2V量程下10μV的分辨率，這對于任何單結(single junction)光電池I-V特性的測量，都是足夠的。它的20V量程為多結(multi-junction)光電池和小型光電池陣列的測量，提供了足夠的分辨率（100μV），因為一般多結光電池和小型光電池陣列的開(kāi)路電壓可以超過(guò)2V。2420型的小電流測試能力，以及在1mA電流量程下最大10pA的分辨率，對于實(shí)際上所有暗態(tài)I-V應用都是足夠的。 第二步：正向偏置的I-V特性（亮態(tài)） 這一測試是在（V1 = 0, I1 = ISC）和（V2 = VOC, I2 = I0）的兩點(diǎn)之間產(chǎn)生一條正向偏置的伏安曲線(xiàn)。參數VOC和ISC可以直接從曲線(xiàn)確定，而Im、Vm、Pm、FF和η可以容易地由計算確定。還可以用其他一些分析技術(shù)來(lái)確定rs、rsh。 第三步：反向偏置的I-V特性（暗態(tài)） 反向偏置I-V曲線(xiàn)的測定是在黑暗中進(jìn)行的，并在0 V與開(kāi)始出現擊穿的電平之間進(jìn)行測量。這一區域內的電流電壓特性曲線(xiàn)的斜率，可以用來(lái)估算并聯(lián)電阻（rsh）。 圖1表示了亮態(tài)正向I-V特性測試系統結構，其中使用了一個(gè)2420型源表儀和一個(gè)與光電池相連的4線(xiàn)連接法；采用4線(xiàn)連接法是為了使測試中的引線(xiàn)電阻誤差降到最小。一個(gè)太陽(yáng)模擬器為電池提供了適當的照明，一個(gè)帶有冷卻的、真空固定的夾具板使電池得以固定，并且提供了恒溫的測試條件。 
圖1：測試系統配置 光電池的串聯(lián)電阻（rs）是很小的，對于設計成以一個(gè)太陽(yáng)值(1 sun)工作的電池，其典型值 < 1Ω；對于集中式電池(concentrator cell)，這個(gè)串聯(lián)電阻 < 0.1Ω。因此，為了得到精確的正向偏置I-V測量數據，就必須使用特殊設計的2點(diǎn)探針，用以直接接觸電池母線(xiàn)(bus bar)進(jìn)行測量。
圖2：用帶有保護的電路結構進(jìn)行小于1mA暗態(tài)反向電流測量 圖2是用以進(jìn)行暗態(tài)反向I-V特性測試結構圖。如果所要測量的暗態(tài)反向電流大于1μA，那么無(wú)保護的4線(xiàn)結構就可以產(chǎn)生精確的結果。當暗態(tài)反向電流小于1μA時(shí)，電纜和夾具中的分布漏電流可以對測試產(chǎn)生誤差和噪聲。有兩個(gè)方法可以用來(lái)降低或消除這些誤差源。第一個(gè)方法是采用高電阻材料構建測試夾具，而且要保持夾具不受污染。第二個(gè)方法是采用2420型源表的內建保護電路。 在圖2中，2420的V-Ω保護輸出是一個(gè)與高阻抗點(diǎn)（HI輸出）的電位幾乎相等的低阻抗源。這個(gè)電路使用了保護措施，以確保接觸探針的外殼保持在與電路隔離的狀態(tài)。探針的外殼是用絕緣材料構建的，但污染可以引起電阻性擊穿，并產(chǎn)生影響測量的雜散電流。位于探針下方的保護板，它的電位接近于位于電池頂部觸點(diǎn)處的探針的電位，這就保證了沒(méi)有電流流過(guò)探針外殼，因而測得的電流都是流經(jīng)電池的。 第四步：對2420源表儀進(jìn)行編程，實(shí)現太陽(yáng)能電池特性測試 Keithley網(wǎng)站上的任何實(shí)現I-V掃描的實(shí)例程序，都將是一個(gè)極好的入門(mén)程序。在www.keithley.com網(wǎng)站上，有這些實(shí)例程序的多種程序設計語(yǔ)言的版本。 我們的LabTracer應用軟件是另一種軟件資源。LabTracer是以TestPoint開(kāi)發(fā)的，最終提供runtime版本。所以在運行LabTrace時(shí)就不需要安裝TestPoint。 第五步：核對設備清單 需要下列設備來(lái)裝配一個(gè)光電池特性測試系統： 1. Keithley 2420型源表 2. IEEE-488接口，比如Keithley KPCI-488 3. 照明源（太陽(yáng)模擬器） 4. 溫控測試夾具 5. Keithley 7007-x IEEE-488接口電纜 6. 測試連線(xiàn)（4線(xiàn)）和2點(diǎn)可調式接觸探針 第六步：備選其他測試方案 具有3A能力的2420型源表儀，是光電池特性測試最常用的儀器。但Keithley還為這一應用提供了其他幾種源表選件。如果所有需要完成的測試都要求小于1A的輸出，那么就可以選擇2400以較低的價(jià)格完成與2420相同的測試。對于要求超過(guò)3A的測試，可以用2440以提供5A的輸出能力。對于那些暗態(tài)反向電流小于1nA的器件，238型源測量單元(Source-Measure Unit)可以提供有保護的、分辨率小到10fA的電流測量，而且可以有最高1A的電流吸收能力，所以這一儀器可以用來(lái)代替源表測試儀。 光電池這塊“巧克力”是留給后人的禮物，吉時(shí)利測試測量工程師有幸參與其中并將不遺余力。你準備好了嗎？ 想了解吉時(shí)利2420型高電流源表？可點(diǎn)擊http://www.keithley.com.cn/products/dcac/currentvoltage/?mn=2420 想與吉時(shí)利測試測量專(zhuān)家互動(dòng)？有更多學(xué)習資源？可登錄吉時(shí)利官方網(wǎng)站http://www.keithley.com.cn/ |
