怎样去测量光电池的I-V特性？

　　作为测试测量行业的重要领军人物，吉时利2420型高电流源表从几个方面入手，测量光电池I-V特性。
　　第一步：测试系统与配置
　　有了SMU（源测量单元）之后，器件特性测试系统的配置就变得十分简单；过去完成器件测试需一系列的设备，包括可编程电源、数字多用表和扫描仪等。
　　2420型源表仪具有最大3安培的输入输出能力，同时具有0.5%或更优的精度，低噪声、高阻抗以及重复性能良好的DMM，与昂贵的大功率可编程电源进行光电池特征化的方法相比，2420无疑提供了另一种经济有效的测量方法。2420型源表仪提供了2V量程下10μV的分辨率，这对于任何单结（single junction）光电池I-V特性的测量，都是足够的。它的20V量程为多结（multi-junction）光电池和小型光电池阵列的测量，提供了足够的分辨率（100μV），因为一般多结光电池和小型光电池阵列的开路电压可以超过2V。2420型的小电流测试能力，以及在1mA电流量程下最大10pA的分辨率，对于实际上所有暗态I-V应用都是足够的。
　　第二步：正向偏置的I-V特性（亮态）
　　这一测试是在（V1 = 0， I1 = ISC）和（V2 = VOC， I2 = I0）的两点之间产生一条正向偏置的伏安曲线。参数VOC和ISC可以直接从曲线确定，而Im、Vm、Pm、FF和η可以容易地由计算确定。还可以用其他一些分析技术来确定rs、rsh。
　　第三步：反向偏置的I-V特性（暗态）
　　反向偏置I-V曲线的测定是在黑暗中进行的，并在0 V与开始出现击穿的电平之间进行测量。这一区域内的电流电压特性曲线的斜率，可以用来估算并联电阻（rsh）。
　　图1表示了亮态正向I-V特性测试系统结构，其中使用了一个2420型源表仪和一个与光电池相连的4线连接法；采用4线连接法是为了使测试中的引线电阻误差降到最小。一个太阳模拟器为电池提供了适当的照明，一个带有冷却的、真空固定的夹具板使电池得以固定，并且提供了恒温的测试条件。
　　
　　图1：测试系统配置
　　光电池的串联电阻（rs）是很小的，对于设计成以一个太阳值（1 sun）工作的电池，其典型值 《 1Ω；对于集中式电池（concentrator cell），这个串联电阻 《 0.1Ω。因此，为了得到精确的正向偏置I-V测量数据，就必须使用特殊设计的2点探针，用以直接接触电池母线（bus bar）进行测量。
　　
　　图2：用带有保护的电路结构进行小于1mA暗态反向电流测量
　　图2是用以进行暗态反向I-V特性测试结构图。如果所要测量的暗态反向电流大于1μA，那么无保护的4线结构就可以产生精确的结果。当暗态反向电流小于1μA时，电缆和夹具中的分布漏电流可以对测试产生误差和噪声。有两个方法可以用来降低或消除这些误差源。第一个方法是采用高电阻材料构建测试夹具，而且要保持夹具不受污染。第二个方法是采用2420型源表的内建保护电路。
　　在图2中，2420的V-Ω保护输出是一个与高阻抗点（HI输出）的电位几乎相等的低阻抗源。这个电路使用了保护措施，以确保接触探针的外壳保持在与电路隔离的状态。探针的外壳是用绝缘材料构建的，但污染可以引起电阻性击穿，并产生影响测量的杂散电流。位于探针下方的保护板，它的电位接近于位于电池顶部触点处的探针的电位，这就保证了没有电流流过探针外壳，因而测得的电流都是流经电池的。
　　第四步：对2420源表仪进行编程，实现太阳能电池特性测试
　　Keithley网站上的任何实现I-V扫描的实例程序，都将是一个极好的入门程序。在www.keithley.com网站上，有这些实例程序的多种程序设计语言的版本。
　　我们的LabTracer应用软件是另一种软件资源。LabTracer是以TestPoint开发的，最终提供runtime版本。所以在运行LabTrace时就不需要安装TestPoint。
　　第五步：核对设备清单
　　需要下列设备来装配一个光电池特性测试系统：
　　1.Keithley 2420型源表
　　2.IEEE-488接口，比如Keithley KPCI-488
　　3.照明源（太阳模拟器）
　　4.温控测试夹具
　　5.Keithley 7007-x IEEE-488接口电缆
　　6.测试连线（4线）和2点可调式接触探针
　　第六步：备选其他测试方案
　　具有3A能力的2420型源表仪，是光电池特性测试最常用的仪器。但Keithley还为这一应用提供了其他几种源表选件。如果所有需要完成的测试都要求小于1A的输出，那么就可以选择2400以较低的价格完成与2420相同的测试。对于要求超过3A的测试，可以用2440以提供5A的输出能力。对于那些暗态反向电流小于1nA的器件，238型源测量单元（Source-Measure Unit）可以提供有保护的、分辨率小到10fA的电流测量，而且可以有最高1A的电流吸收能力，所以这一仪器可以用来代替源表测试仪。