3 、光伏電池的電容測量

        與I-V測量類似，電容測量也用于太陽能電池的特征分析。根據所需測量的電池參數，我們可以測出電容與直流電壓、頻率、時間或交流電壓的關系。例如，測量PV電池的電容與電壓的關系有助于我們研究電池的摻雜濃度或者半導體結的內建電壓。電容-頻率掃描則能夠為我們尋找PV襯底耗盡區中的電荷陷阱提供信息。電池的電容與器件的面積直接相關，因此對測量而言具有較大面積的器件將具有較大的電容。

        C-V測量測得的是待測電池的電容與所加載的直流電壓的函數關系。與I-V測量一樣，電容測量也采用四線技術以補償引線電阻。電池必須保持四線連接。測試配置應該包含帶屏蔽的同軸線纜，其屏蔽層連接要盡可能靠近PV電池以最大限度減少線纜的誤差?；陂_路和短路測量的校正技術能夠減少線纜電容對測量精度的影響。C-V測量可以在正偏也可以在反偏情況下進行。反偏情況下電容與掃描電壓的典型曲線（如圖6所示）表明在向擊穿電壓掃描時電容會迅速增大。

 
圖6. PV電池電容與電壓關系的典型曲線。

        另外一種基于電容的測量是激勵電平電容壓型（DLCP），可在某些薄膜太陽能電池（例如CIGS）上用于判斷PV電池缺陷密度與深度的關系。這種測量要加載一個掃描峰-峰交流電壓并改變直流電壓，同時進行電容測量。必須調整這兩種電壓使得即使在掃描交流電壓時也保持總加載電壓（交流+直流）不變。通過這種方式，材料內部一定區域中暴露的電荷密度將保持不變，我們就可以得到缺陷密度與距離的函數關系。 

4.1  電阻率與霍爾電壓的測量

        PV電池材料的電阻率可以采用四針探測的方式3，通過加載電流源并測量電壓進行測量，其中可以采用四點共線探測技術或者范德堡方法。

        在使用四點共線探測技術進行測量時，其中兩個探針用于連接電流源，另兩個探針用于測量光伏材料上電壓降。在已知PV材料厚度的情況下，體積電阻率（ρ）可以根據下列公式計算得到：

ρ = (π/ln2)(V/I)(tk)

        其中，ρ =體積電阻率，單位是Ωcm，V=測得的電壓，單位是V，I=源電流，單位是A，t=樣本厚度，單位是cm，k=校正系數，取決于探針與晶圓直徑的比例以及晶圓厚度與探針間距的比例。

4.2 范德堡電阻率測量方法

        測量PV材料電阻率的另外一種技術是范德堡方法。這種方法利用平板四周四個小觸點加載電流并測量產生的電壓，待測平板可以是厚度均勻任意形狀的PV材料樣本。
范德堡電阻率測量方法需要測量8個電壓。測量V1 到 V8是圍繞材料樣本的四周進行的，如圖7所示。
 

圖7. 范德堡電阻率常用測量方法

按照下列公式可以利用上述8個測量結果計算出兩個電阻率的值：

ρA = (π/ln2)(fAts)[(V1 – V2 +V3 – V4)/4I]
ρB = (π/ln2)(fBts)[(V5 – V6 +V7 – V8)/4I]

        其中，ρA 和 ρB分別是兩個體積電阻率的值，ts =樣本厚度，單位是cm，V1 – V8是測得的電壓，單位是V，I=流過光伏材料樣品的電流，單位是A，fA 和 fB是基于樣本對稱性的幾何系數，它們與兩個電阻比值QA 和 QB相關，如下所示：
QA = (V1 – V2)/(V3 – V4)
QB = (V5 – V6)/(V7 – V8)

        當已知ρA 和 ρB的值時，可以根據下列公式計算出平均電阻率（ρAVG）：

ρAVG = (ρA + ρB)/2

        高電阻率測量中的誤差可能來源于多個方面，包括靜電干擾、漏電流、溫度和載流子注入。當把某個帶電的物理拿到樣本附近時就會產生靜電干擾。要想最大限度減少這些影響，應該對樣本進行適當的屏蔽以避免外部電荷。這種屏蔽可以采用導電材料制作，應該通過將屏蔽層連接到測量儀器的低電勢端進行正確的接地。電壓測量中還應該使用低噪聲屏蔽線纜。漏電流會影響高電阻樣本的測量精度。漏電流來源于線纜、探針和測試夾具，通過使用高質量絕緣體，最大限度降低濕度，啟用防護式測量，包括使用三軸線纜等方式可以盡量減少漏電流。

5 、脈沖式I-V測量

        除了直流I-V和電容測量，脈沖式I-V測量也可用于得出太陽能電池的某些參數。特別是，脈沖式I-V測量在判斷轉換效率、最短載流子壽命和電池電容的影響時一直非常有用。

        本文詳細介紹的這些PV測量操作都可以利用針對半導體評測設計的自動化測試系統快速而簡便地實現，例如來自吉時利儀器公司的4200-SCS半導體特征分析系統4。該系統能夠采用四針探測方式提供并吸收電流，并支持軟件控制的電流、電壓和電容測量。該系統可以配置各種源和測量模塊，進行連續式的和脈沖式的I-V與C-V測量，得到一些重要的PV電池參數。例如，該系統可以利用4225-PMU模塊連接到PV電池上進行脈沖式I-V掃描（如圖8所示）5。除了提供脈沖電壓源，該PMU還能夠吸收電流，從而測出太陽能電池的輸出電流，如圖9所示。4200-SCS系統支持各種硬件模塊和軟件測量函數庫。


 
                                 太陽能電池
                                SMA同軸線                            連接公共端

圖8. 4225-PMU模塊可用于PV電池的脈沖式I-V測量

 

圖9. 硅PV電池脈沖式I-V測量的繪圖表示曲線