鈣鈦礦太陽(yáng)電池及組件的電流-電壓(I-V)特性測(cè)量方法-征求意見稿編制說明

2一、任務(wù)來源根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)2020年9月21日《關(guān)于印發(fā)2020年第一批光伏協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》的相關(guān)要求，《鈣鈦礦電池及組件的電流-電壓（I-V）特性測(cè)量方法》（2020003-CPIA）由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和無(wú)錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院聯(lián)合牽頭負(fù)責(zé)，中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)技術(shù)歸口和管理，項(xiàng)目制定周期為12個(gè)月。二、編制原則本標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中主要按照下述原則編制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容：測(cè)試方法科學(xué)、先進(jìn)、合理、安全、環(huán)保的原則；發(fā)揚(yáng)民主、協(xié)商一致、共同確認(rèn)的原則；與現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致的原則。三、標(biāo)準(zhǔn)編制背景鈣鈦礦太陽(yáng)電池及組件，是下一代的高效薄膜光伏技術(shù)的代表。近幾年來，國(guó)際和國(guó)內(nèi)科技部屆、教育屆、產(chǎn)業(yè)界都在大力發(fā)展高效鈣鈦礦電池及組件技術(shù)。國(guó)內(nèi)以北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、西安交大、上海交大、西湖大學(xué)、華南理工、南京理工大學(xué)、常州大學(xué)為代表廣泛開展高效及穩(wěn)定的鈣鈦礦電池研究，產(chǎn)業(yè)界也以杭州纖納、北京曜能、保利協(xié)鑫、華能電力、眾能光電等企業(yè)為代表制造商用化的鈣鈦礦組件。但是，評(píng)價(jià)鈣鈦礦太陽(yáng)電池及組件光電轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵指標(biāo)，電流-電壓（I-V）特性的測(cè)量方法，一直是一個(gè)空白，目前僅僅是參考晶體硅電池及組件的測(cè)量方法進(jìn)行間接測(cè)量，不但缺少用鈣鈦礦太陽(yáng)電池材料直接制作的標(biāo)準(zhǔn)電池及標(biāo)準(zhǔn)組件，而且各個(gè)高校及企業(yè)測(cè)量用的電壓和電流掃描速率，掃描頻率，光譜范圍都是五花八門，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此急需制定統(tǒng)一的鈣鈦礦太陽(yáng)電池及組件電流-電壓（I-V）特性測(cè)量的方法標(biāo)準(zhǔn)。四、國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外均尚無(wú)統(tǒng)一的鈣鈦礦太陽(yáng)電池及組件的電流-電壓（I-V）特性測(cè)量方法。現(xiàn)有的IEC60904系列是對(duì)光伏電池的通用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，主要適用于晶體硅、硅基薄膜、CIGS等電池，不完全適用于鈣鈦礦太陽(yáng)電池。IECTR63228規(guī)定了有機(jī)、染料敏化、鈣鈦礦太陽(yáng)電池的基本測(cè)試原則，但缺乏對(duì)電流-電壓（I-V）特性測(cè)量中的具體方法、步驟和設(shè)備要求。五、標(biāo)準(zhǔn)編制過程1.2020年9月21日，《鈣鈦礦電池及組件的電流-電壓（I-V）特性測(cè)量方法》協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃正式下達(dá)。2.2020年10月，由11家單位組成的編制組正式成立，并于2020年10月26日在北京理工大學(xué)召開了啟動(dòng)會(huì)暨第一次討論會(huì)，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案的內(nèi)容，形成如下修改意見：編制組認(rèn)為鈣鈦礦電池名稱有可能造成太陽(yáng)電池與電池的概念混淆，因此建議更名為：鈣鈦礦太陽(yáng)電池及組件的電流-電壓(I-V)特性測(cè)量方法第1章標(biāo)準(zhǔn)范圍與目的：編制組認(rèn)為需先做好鈣鈦礦太陽(yáng)電池的電流-電壓檢測(cè)方法，再進(jìn)行疊層太陽(yáng)電池的效果開發(fā)，建議增加一句描述：疊層太陽(yáng)電池的電流-電壓（I-V）特性測(cè)量參照本標(biāo)準(zhǔn)。（3）第3章術(shù)語(yǔ)與定義：編制組建議在該部分需要增加太陽(yáng)電池的示意圖，說明鈣鈦礦太陽(yáng)電池的面積定義；在標(biāo)準(zhǔn)的正文與測(cè)試報(bào)告中均需說明太陽(yáng)電池測(cè)試面積的定義或具體所指；刪除對(duì)測(cè)試環(huán)境尤其是測(cè)試濕度條件的限制，以此擴(kuò)展本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。（4）第4章設(shè)備要求：編制組建議，就設(shè)備的精度、設(shè)備使用環(huán)境與設(shè)備使用過程中的電壓步進(jìn)速率進(jìn)行詳細(xì)地討論與確認(rèn)；需要確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試夾具與測(cè)量?jī)x器，保證測(cè)量結(jié)果的不確定度。建議該章接增設(shè)4.4光譜測(cè)量與失配，該章節(jié)可引用IEC標(biāo)準(zhǔn)，但也與該標(biāo)準(zhǔn)有細(xì)致地區(qū)別。（5）第5章測(cè)試方法：編制組建議刪除預(yù)處理環(huán)節(jié)；修改并增加測(cè)試方法，由目前的十三點(diǎn)擬合法修改并增加為十點(diǎn)擬合法與最大光功率法二選一的測(cè)試方法。二種方法分別由北京理工大學(xué)、北京大學(xué)（十點(diǎn)擬合法）與上海微系統(tǒng)所（最大光功率法）進(jìn)行細(xì)節(jié)修正；明確掃描時(shí)間等。（6）草案的測(cè)試報(bào)告：編制組成員建議增加對(duì)失配因子與模擬器光源穩(wěn)定性的說明；附件目錄中建議測(cè)試濕度不宜超過75%。3.2020年11月—12月，編制組對(duì)測(cè)量中涉及的溫度、輻照度修正問題，擬合法步驟問題，參考標(biāo)準(zhǔn)IEC60891，IECTR63228等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的線上討論，選擇其中一部分編入本標(biāo)準(zhǔn)中。4.2020年12月29日，編制組在常州大學(xué)召開了第二次標(biāo)準(zhǔn)討論會(huì)，形成修改意見如下：（1）對(duì)國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)IECTR63228和IEC60891進(jìn)行了解讀和介紹，并考慮使用IEC60891中的溫度修正方法1和方法2。（2）討溫度測(cè)量方法和測(cè)量要求。建議使用等同樣品的PT100熱電偶測(cè)量，加襯底加遮光Mask，同時(shí)做溫度系數(shù)測(cè)量，編制組各單位提供樣品（含PT100）及夾具。5.2021年1月，主要牽頭起草人員赴杭州纖納、北京曜能，對(duì)鈣鈦礦組件的溫度測(cè)量、I-V測(cè)量夾具引入的誤差等問題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)討論。6.2021年2月5日，編制組進(jìn)行了線上集中討論，形成意見如下：（1）測(cè)試方法部分修改原則：說明測(cè)試方法使用的目的與原因；全員檢查測(cè)試方法的合理性并給出可靠的參考文獻(xiàn)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)證明；檢查測(cè)試方法的文字、斷句與邏輯關(guān)系；I-V特性測(cè)量方法3需要給出具體定量的范圍；組件詳細(xì)檢查IEC標(biāo)準(zhǔn)，若完全照抄則僅需引用，若有不同，則詳細(xì)說明不同之處并提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（2）其他章節(jié)部分修改原則。效率計(jì)算章節(jié)：檢查文本與符號(hào)；測(cè)試報(bào)告章節(jié)：確認(rèn)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)的報(bào)告組成；附錄章節(jié)：附錄2刪除，附錄3改為附錄2，確認(rèn)附錄2保留在標(biāo)準(zhǔn)中作為實(shí)例或作為標(biāo)準(zhǔn)編制說明。7.2021年4月，形成征求意見稿。六、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容（一）設(shè)備要求1.預(yù)處理設(shè)備組件的預(yù)處理設(shè)備滿足IEC61215-2中穩(wěn)定性試驗(yàn)的設(shè)備要求。太陽(yáng)電池的預(yù)處理可采用組件的預(yù)處理設(shè)備。2.鈣鈦礦太陽(yáng)電池最大功率測(cè)試設(shè)備鈣鈦礦太陽(yáng)電池最大功率測(cè)試設(shè)備包括：a)太陽(yáng)模擬器：符合IEC60904-9中規(guī)定的AAA級(jí)要求；b)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池：符合IEC60904-2的要求；c)測(cè)試架：使被測(cè)太陽(yáng)電池樣品處于標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池校準(zhǔn)光源時(shí)所處位置，對(duì)于多光源模擬器，應(yīng)使測(cè)試的太陽(yáng)電池樣品處于設(shè)備規(guī)定的工作平面上；d)掩膜版：符合IEC60904-1的要求；e)太陽(yáng)電池功率測(cè)試設(shè)備：符合IEC60904-1的要求。f)溫度監(jiān)控設(shè)備：符合IECTR63228第10部分的要求。3.太陽(yáng)電池面積測(cè)試設(shè)備太陽(yáng)電池面積測(cè)試設(shè)備包括：a) 太陽(yáng)電池總面積測(cè)量設(shè)備：可采用常規(guī)量具，精度優(yōu)于1mm。對(duì)于面積較小的電池與組件，建議選用光學(xué)測(cè)量設(shè)備，如影像測(cè)量?jī)x，精度優(yōu)于0.1mm。b) 太陽(yáng)電池光闌面積測(cè)量設(shè)備：建議采用影像測(cè)量?jī)x，精度優(yōu)于0.1mm。4.組件最大功率測(cè)試設(shè)備組件最大功率測(cè)量設(shè)備要求同2。5.組件面積測(cè)試設(shè)備組件面積測(cè)試設(shè)備要求同3。（二）太陽(yáng)電池的測(cè)試過程1.太陽(yáng)電池樣品的預(yù)處理太陽(yáng)電池執(zhí)行電流-電壓(I-V)特性測(cè)試的預(yù)處理為非必選項(xiàng)目，若要執(zhí)行預(yù)處理，可參照組件預(yù)處理步驟執(zhí)行。2.太陽(yáng)電池最大功率的測(cè)量2.1太陽(yáng)電池測(cè)量的準(zhǔn)備工作將太陽(yáng)模擬器調(diào)整至穩(wěn)定的工作狀態(tài)。對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行外觀檢查，并排除其他影響測(cè)試結(jié)果的因素。將被測(cè)樣品的溫度穩(wěn)定在測(cè)試規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。檢查最大功率測(cè)試設(shè)備的工作狀態(tài)及設(shè)備與被測(cè)樣品的連接性能。2.2太陽(yáng)電池的測(cè)量方法該部分包括電流-電壓（I-V）特性快速測(cè)試法、十點(diǎn)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)擬合法以及最大功率點(diǎn)電壓掃描法?；谌N方法執(zhí)行測(cè)量所得的結(jié)果具有同等的準(zhǔn)確性，具體的測(cè)試流程包括：2.2.1方法一：電流-電壓(I-V)特性快速測(cè)試法2.2.2方法二：十點(diǎn)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)擬合法2.2.3方法三：最大功率點(diǎn)電壓掃描法3太陽(yáng)電池面積的測(cè)量3.1太陽(yáng)電池光闌面積的測(cè)試使用影像測(cè)量?jī)x測(cè)定鈣鈦礦太陽(yáng)電池的光闌面積Sap。對(duì)于光闌面積較小的鈣鈦礦太陽(yáng)電池，推薦使用專用影像測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)試，測(cè)定待測(cè)器件的光闌面積，測(cè)量過程中測(cè)得長(zhǎng)度的精度應(yīng)優(yōu)于0.1mm。3.2太陽(yáng)電池總面積的測(cè)試用組件面積測(cè)量設(shè)備測(cè)定電池總面積St。對(duì)于面積較小的鈣鈦礦太陽(yáng)電池，推薦使用專用影像測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)試，測(cè)定待測(cè)器件的總面積，測(cè)量過程中測(cè)得長(zhǎng)度的精度應(yīng)優(yōu)于0.1mm。對(duì)于規(guī)則的矩形電池，可以使用常規(guī)尺寸量具測(cè)量鈣鈦礦太陽(yáng)電池外部邊緣尺寸，再計(jì)算得到鈣鈦礦太陽(yáng)電池的總面積。（三） 組件的測(cè)量過程所有鈣鈦礦太陽(yáng)電池組件在送檢前都應(yīng)保證電學(xué)參數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)。所有組件都應(yīng)按照規(guī)定步驟執(zhí)行測(cè)試，并直接測(cè)量其輸出功率。只有經(jīng)過了多次重復(fù)測(cè)試得到了穩(wěn)定輸出功率的組件，方可進(jìn)行輸出功率測(cè)試。測(cè)試需在溫度和光源（光譜以及光強(qiáng)）穩(wěn)定條件下進(jìn)行，模擬光源比自然光源穩(wěn)定性更好，室內(nèi)測(cè)試比戶外測(cè)試更穩(wěn)定。1.預(yù)處理組件執(zhí)行電流-電壓(I-V)特性測(cè)試的預(yù)處理為非必選項(xiàng)目，若要執(zhí)行預(yù)處理，可參照以下步驟執(zhí)行。1.1組件樣品的預(yù)處理組件執(zhí)行電流-電壓(I-V)特性測(cè)試前推薦預(yù)處理，按照IEC61215-1-4、IEC61215-2:2016的中規(guī)定的穩(wěn)定性預(yù)處理方法進(jìn)行。1.2預(yù)處理達(dá)到穩(wěn)定的定義使用以下公式判斷待檢組件是否達(dá)到穩(wěn)定輸出功率：(1)其中，QUOTEx=0.02x=0.02；P1，P2，Paverage分別是連續(xù)進(jìn)行三次功率測(cè)量時(shí)得到的組件功率的極大、極小和平均數(shù)值。1.3光照預(yù)處理相關(guān)程序1.3.1模擬光照預(yù)處理的設(shè)備與環(huán)境1.3.2初始預(yù)處理1.3.3光照預(yù)處理的步驟1.3.4其他預(yù)處理程序1.3.5最終穩(wěn)定在測(cè)試順序完成后，對(duì)所有電池組件進(jìn)行最終穩(wěn)定，若滿足6.1.2中關(guān)于預(yù)處理達(dá)到穩(wěn)定的定義的規(guī)定范圍，則滿足穩(wěn)定性測(cè)試的要求。2組件I-V特性的測(cè)量2.1組件使用模擬光源的室內(nèi)測(cè)量2.2組件使用自然光源的戶外測(cè)量3組件面積的測(cè)量（四）計(jì)算1光電轉(zhuǎn)換效率計(jì)算（五）與國(guó)內(nèi)有關(guān)現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)