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我是“查理的巧克力工厂”的首牌测试师

已有 529 次阅读2012-4-16 10:40 |个人分类:测试测量| 关键词:

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2V2420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VOCISC可以直接从曲线确定,而ImVmPmFFη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rsrsh

 

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)。

 

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。

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。

2:用带有保护的电路结构进行小于1mA暗态反向电流测量

 

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,2420V-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。

 

光电池这块“巧克力”是留给后人的礼物,吉时利测试测量工程师有幸参与其中并将不遗余力。你准备好了吗?

 

想了解吉时利2420型高电流源表?可点击http://www.keithley.com.cn/products/dcac/currentvoltage/?mn=2420

想与吉时利测试测量专家互动?有更多学习资源?可登录吉时利官方网站http://www.keithley.com.cn/

 

 

 

 


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