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作為測(cè)試測(cè)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(cè)量光電池I-V特性。 第一步：測(cè)試系統(tǒng)與配置 有了SMU（源測(cè)量單元）之后，器件特性測(cè)試系統(tǒng)的配置就變得十分簡(jiǎn)單；過去完成器件測(cè)試需一系列的設(shè)備，包括可編程電源、數(shù)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(fù)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無疑提供了另一種經(jīng)濟(jì)有效的測(cè)量方法。2420型源表儀提供了2V量程下10μV的分辨率，這對(duì)于任何單結(jié)(single junction)光電池I-V特性的測(cè)量，都是足夠的。它的20V量程為多結(jié)(multi-junction)光電池和小型光電池陣列的測(cè)量，提供了足夠的分辨率（100μV），因?yàn)橐话?/font>多結(jié)光電池和小型光電池陣列的開路電壓可以超過2V。2420型的小電流測(cè)試能力，以及在1mA電流量程下最大10pA的分辨率，對(duì)于實(shí)際上所有暗態(tài)I-V應(yīng)用都是足夠的。 第二步：正向偏置的I-V特性（亮態(tài)） 這一測(cè)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。參數(shù)VOC和ISC可以直接從曲線確定，而Im、Vm、Pm、FF和η可以容易地由計(jì)算確定。還可以用其他一些分析技術(shù)來確定rs、rsh。 第三步：反向偏置的I-V特性（暗態(tài)） 反向偏置I-V曲線的測(cè)定是在黑暗中進(jìn)行的，并在0 V與開始出現(xiàn)擊穿的電平之間進(jìn)行測(cè)量。這一區(qū)域內(nèi)的電流電壓特性曲線的斜率，可以用來估算并聯(lián)電阻（rsh）。 圖1表示了亮態(tài)正向I-V特性測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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線連接法；采用4線連接法是為了使測(cè)試中的引線電阻誤差降到最小。一個(gè)太陽模擬器為電池提供了適當(dāng)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(cè)試條件。 
圖1：測(cè)試系統(tǒng)配置 光電池的串聯(lián)電阻（rs）是很小的，對(duì)于設(shè)計(jì)成以一個(gè)太陽值(1 sun)工作的電池，其典型值 < 1Ω；對(duì)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(cè)量數(shù)據(jù)，就必須使用特殊設(shè)計(jì)的2點(diǎn)探針，用以直接接觸電池母線(bus bar)進(jìn)行測(cè)量。
圖2：用帶有保護(hù)的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行小于1mA暗態(tài)反向電流測(cè)量 圖2是用以進(jìn)行暗態(tài)反向I-V特性測(cè)試結(jié)構(gòu)圖。如果所要測(cè)量的暗態(tài)反向電流大于1μA，那么無保護(hù)的4線結(jié)構(gòu)就可以產(chǎn)生精確的結(jié)果。當(dāng)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(duì)測(cè)試產(chǎn)生誤差和噪聲。有兩個(gè)方法可以用來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(gòu)建測(cè)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(nèi)建保護(hù)電路。 在圖2中，2420的V-Ω保護(hù)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(hù)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(gòu)建的，但污染可以引起電阻性擊穿，并產(chǎn)生影響測(cè)量的雜散電流。位于探針下方的保護(hù)板，它的電位接近于位于電池頂部觸點(diǎn)處的探針的電位，這就保證了沒有電流流過探針外殼，因而測(cè)得的電流都是流經(jīng)電池的。 第四步：對(duì)2420源表儀進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)太陽能電池特性測(cè)試 Keithley網(wǎng)站上的任何實(shí)現(xiàn)I-V掃描的實(shí)例程序，都將是一個(gè)極好的入門程序。在www.keithley.com網(wǎng)站上，有這些實(shí)例程序的多種程序設(shè)計(jì)語言的版本。 我們的LabTracer應(yīng)用軟件是另一種軟件資源。LabTracer是以TestPoint開發(fā)的，最終提供runtime版本。所以在運(yùn)行LabTrace時(shí)就不需要安裝TestPoint。 第五步：核對(duì)設(shè)備清單 需要下列設(shè)備來裝配一個(gè)光電池特性測(cè)試系統(tǒng)： 1. Keithley 2420型源表 2. IEEE-488接口，比如Keithley KPCI-488 3. 照明源（太陽模擬器） 4. 溫控測(cè)試夾具 5. Keithley 7007-x IEEE-488接口電纜 6. 測(cè)試連線（4線）和2點(diǎn)可調(diào)式接觸探針 第六步：備選其他測(cè)試方案 具有3A能力的2420型源表儀，是光電池特性測(cè)試最常用的儀器。但Keithley還為這一應(yīng)用提供了其他幾種源表選件。如果所有需要完成的測(cè)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(cè)試。對(duì)于要求超過3A的測(cè)試，可以用2440以提供5A的輸出能力。對(duì)于那些暗態(tài)反向電流小于1nA的器件，238型源測(cè)量單元(Source-Measure Unit)可以提供有保護(hù)的、分辨率小到10fA的電流測(cè)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代替源表測(cè)試儀。 光電池這塊“巧克力”是留給后人的禮物，吉時(shí)利測(cè)試測(cè)量工程師有幸參與其中并將不遺余力。你準(zhǔn)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(cè)試測(cè)量專家互動(dòng)？有更多學(xué)習(xí)資源？可登錄吉時(shí)利官方網(wǎng)站http://www.keithley.com.cn/ |
