第 卷 第 期 年 月 液 晶 与 显 示!"#$"%&# 文 章 编 号 ()(+(+ 基 于 0 的 光 电 器 件 测 试 系 统 杨 勇 王 丽 娟 陈 金 星 贾 昧 超 石 中 玉 长 春 理 工 大 学 理 学 院 吉 林 长 春 摘 要 基 于 虚 拟 仪 器 技 术 利 用 美 国 国 家 仪 器 6 公 司 的 6(46 卡 6,3 软 件 和 美 国 $# 公 司 的 + 静 电 计 高 阻 计 等 设 备 建 立 了 一 套 光 电 器 件 太 阳 能 电 池 薄 膜 晶 体 管 等 电 流 电 压!$0 特 性 测 试 平 台 对 光 电 器 件 的 性 能 参 数 进 行 测 试 该 套 测 试 系 统 通 过 6,3 程 序 控 制 $#+ 并 通 过 46 卡 实 现 对 电 压 电 流 数 据 的 采 集 显 示 存 储 分 析 等 功 能 根 据 测 得 的 数 据 绘 制 出!$0 特 性 曲 线 根 据 不 同 的 器 件 可 以 给 出 相 应 参 数 以 太 阳 能 电 池 为 例 计 算 出 了 太 阳 能 电 池 的 开 路 电 压 00 短 路 电 流!0 最 大 功 率 - 填 充 因 子 和 转 换 效 率, 校 正 对 比 测 试 结 果 表 明 该 系 统 效 率 的 最 大 误 差 为 )= 关 键 词 光 电 器 件 虚 拟 仪 器 6,316 命 令 中 图 分 类 号 :+ 文 献 标 识 码 ))1+!!$.+&!0 4/34 (7,(@/6 (016?/(# (%.("2*.(%" &$0$0"800$(8$/!$0$$/&$-.$" "$$. 6,30"/6(460"--0$6$( -$6&$.+,0$-$/>$0$- $# &$2/$ 6,3 &/-$0$$#+$#$- $ 0$00$/"&#/$/"#9/$8$/"0$"$$/ $460"6$0".$!$000$$00800"/$$-""$ "/$$8$&-$"$"806$&&$;/0 @-&$/$$&8$/ 00$0$!0-@-- &. -0$ "&0$/0800#,$0 :/0$$$$"00$$#$- -@--)=: #$-$#/"/$-$$/"/000#" $#"$$#0"$#$0/0"$0$# 0"$-$$&"0$&-0$$/ %!&$0$0"808$$-$8.160--" 引 言 光 电 器 件 作 为 信 息 产 业 的 重 要 组 成 部 分 正 在 加 速 发 展 ::( % 以 其 大 容 量 高 清 晰 度 和 全 彩 色 的 视 频 显 示 成 为 液 晶 乃 至 整 个 平 板 显 示 技 术 的 主 导 技 术 太 阳 能 是 当 前 研 究 和 应 用 最 广 泛 收 稿 日 期 (( 修 订 日 期 ()( 基 金 项 目 吉 林 省 科 技 厅 青 年 基 金 * 作 者 简 介 杨 勇 )+ 男 湖 北 襄 樊 人 硕 士 研 究 生 主 要 从 事 有 机 薄 膜 晶 体 管 和 有 机 非 晶 硅 太 阳 能 电 池 的 制 作 和 测 试 工 作 通 讯 联 系 人,(-.7+0-
液 晶 与 显 示 第 卷 的 新 型 可 再 生 能 源 太 阳 能 电 池 作 为 利 用 太 阳 能 来 发 电 的 一 种 光 电 转 换 器 件 也 越 来 越 受 到 人 们 的 关 注 薄 膜 晶 体 管 和 太 阳 能 电 池 分 别 作 为 ::( % 和 太 阳 能 电 池 板 的 核 心 器 件 其 电 流 电 压 特 性 参 数 薄 膜 晶 体 管 的 开 态 电 流 关 态 电 流 开 关 比 亚 阈 值 斜 率 太 阳 能 电 池 的 开 路 电 压 短 路 电 流 最 大 功 率 填 充 因 子 转 换 效 率 等 直 接 关 系 到 ::( % 和 太 阳 能 电 池 板 性 能 的 优 劣 然 而 传 统 的!$0 测 试 系 统 只 能 够 获 得 扫 描 电 压 值 和 对 应 的 电 流 值 而 且 数 据 读 出 来 以 后 用 数 据 处 理 和 作 图 软 件 人 工 地 进 行 处 理 和 分 析 数 据 存 在 测 试 时 间 长 测 试 速 度 慢 和 自 动 化 程 度 低 的 缺 点 远 远 满 足 不 了 工 厂 大 批 量 多 批 次 快 速 准 确 测 试 的 要 求 随 着 虚 拟 仪 器 技 术 $ 6$-$6 的 发 展 自 动 测 试 和 电 子 测 量 仪 器 技 术 又 上 了 一 个 新 的 台 阶 所 谓 虚 拟 仪 器 技 术 就 是 通 过 软 件 6,3 将 计 算 机 硬 件 资 源 与 仪 器 硬 件 有 机 地 融 合 为 一 体 从 而 把 计 算 机 强 大 的 计 算 处 理 能 力 和 仪 器 硬 件 的 测 量 控 制 能 力 结 合 在 一 起 大 大 缩 小 了 仪 器 硬 件 的 成 本 和 体 积 并 通 过 软 件 实 现 对 数 据 的 显 示 存 储 以 及 分 析 处 理 本 文 基 于 虚 拟 仪 器 技 术 建 立 了 光 电 器 件!$0 特 性 测 试 系 统 测 试 过 程 简 单 快 速 而 且 精 确 度 很 高 只 需 用 鼠 标 在 电 脑 上 轻 轻 点 击 一 下 运 行 测 试 就 会 自 动 开 始 十 几 秒 钟 的 时 间 测 试 过 程 全 部 结 束 从 电 脑 屏 幕 上 不 仅 能 够 得 到 所 需 的 太 阳 能 电 池 性 能 参 数 还 能 够 直 观 地 获 得!$0 曲 线 图 系 统 构 成 太 阳 光 模 拟 器 太 阳 能 电 池!$0 特 性 的 测 试 需 要 在 标 准 条 件 下 进 行 所 谓 标 准 测 试 条 件 就 是 室 温 + < 太 阳 光 辐 照 度 -30- 大 气 质 量 为 ( +4 在 本 文 中 采 用 北 京 畅 拓 科 技 有 限 公 司 的 (+ 氙 灯 光 源 加 +4 滤 光 片 组 成 一 台 太 阳 光 模 拟 器 来 模 拟 太 阳 光 照 射 并 且 用 从 中 国 计 量 院 购 买 的 单 晶 硅 标 准 电 池 进 行 标 定 使 其 照 度 不 稳 定 性 和 不 均 匀 性 均 在 += 以 内 达 到 国 际 标 准 的 级 太 阳 光 模 拟 器 的 水 平 测 试 源 表 $#+ 静 电 计 高 阻 计 是 高 精 密 电 压 源 可 同 时 进 行 电 流 与 电 压 的 测 量 $#( + 能 够 与 6 公 司 的 6,3 软 件 兼 容 通 过 16 命 令 编 程 可 以 用 电 脑 来 控 制 + 大 大 扩 展 了 + 的 功 能 中 设 置 的 + 扫 描 电 压 范 围 是 步 进 电 压 为 每 扫 描 一 次 电 压 获 得 相 应 的 电 流 值 通 过 46 卡 将 电 压 ( 电 流 值 传 输 到 电 脑 并 通 过 6,3 软 件 分 析 数 据 和 作 图 从 而 获 得 太 阳 能 电 池 的 性 能 参 数 和!$0 曲 线 图 4(0 和 / 命 令 6,3 是 一 种 图 形 化 的 编 程 语 言 开 发 环 * 境 是 标 准 的 数 据 采 集 和 仪 器 控 制 软 件 16 命 令 即 程 控 仪 器 可 编 程 仪 器 标 准 命 令 集 是 一 种 建 立 在 现 有 标 准 6,,,*)) 和 6,,,*)) 基 础 上 并 遵 循 了 6,,,+* 标 准 中 浮 点 运 算 规 则 61* 信 息 交 换 位 编 码 符 号 相 当 于 1 编 程 等 多 种 标 准 的 标 准 化 仪 器 编 程 语 言 通 过 在 6,3 中 写 入 控 制 + 的 16 测 量 命 令 + 就 能 够 自 动 完 成 测 量 任 务 系 统 测 试 原 理 在 实 验 室 +< 条 件 下 将 待 测 太 阳 能 电 池 置 于 -30- 标 准 太 阳 光 下 照 射 将 + 电 压 源 的 正 负 极 与 待 测 电 池 正 负 极 相 连 接 测 试 开 始 后 通 过 46 卡 将 + 源 表 所 测 得 的 太 阳 能 电 池 的 实 时 电 压 电 流 数 据 传 输 到 电 脑 经 过 计 算 机 的 数 值 运 算 处 理 得 到 标 准 测 试 条 件 下 的 电 压 和 电 流 值 再 通 过 6,3 的 计 算 和 作 图 得 出 开 路 电 压 短 路 电 流 最 大 功 率 填 充 因 子 光 电 转 换 效 率 等 参 数 并 绘 制 出 接 近 标 准 测 试 条 件 下 太 阳 能 电 池 的!$0 特 性 曲 线 系 统 测 试 原 理 图 如 图 所 示 + 1 图 太 阳 能 电 池 测 试 系 统 原 理 图 /10-$0"/-0$$#$- 编 写 测 试 源 程 序 测 试 程 序 由 两 部 分 构 成 一 是 仪 器 控 制 部 分 二 是 数 据 采 集 部 分 其 程 序 框 图 如 图 和 图 所
第 期 杨 勇 等 基 于 6,3 的 光 电 器 件!$0 测 试 系 统!"# $%!$% &# &# # &# # $" ) +,- (%./ +,% 0$ 1 -% )* )1 # #! ()*...... 图 仪 器 控 制 部 分 程 序 框 图 //-"/-$-$0$/ "#!! %&"!! " $! 图 数 据 采 集 程 序 框 图 //-"/-"$0!$ 图 * 显 示 太 阳 能 电 池 参 数 和!$0 曲 线 的 前 面 板 /*10&-$"$&!$008 示 在 程 序 框 图 中 编 写 好 图 和 图 的 源 程 序 后 就 可 以 获 得 工 作 面 板 的 前 面 板 图 如 图 * 所 示 测 试 所 用 的 电 池 样 品 是 工 厂 生 产 的 非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能 电 池 产 品 ( 仪 器 控 制 程 序 将 $#+ 和 电 脑 连 接 好 以 后 打 开 桌 面 上 的 -$ $-$,@( & 工 具 点 击 搜 索 仪 器 当 看 到 下 面 出 现 仪 器 的 生 产 厂 家 型 号 序 列 号 的 时 候 表 明 仪 器 已 经 与 电 脑 连 接 上 此 时 可 以 通 过 6,3 来 ( 编 程 首 先 需 要 对 + 进 行 初 始 化 设 置 以 及 清 空 各 个 寄 存 器 使 用 的 命 令 为 >1:01$$ 1:0 由 于 太 阳 能 电 池 结 构 是 一 个 二 极 管 要 使 用 + 中 :$1!0 命 令 中 的 %" ;/ 测 试 命 令 表 明 是 测 试 二 极 管 电 流 然 后 设 置 扫 描 的 起 始 和 终 止 电 压 扫 描 步 阶 和 延 迟 时 间 分 别 是 通 过 命 令 :1,5 1:>$>:1,51:>:1,5 1:,>:1,5%, #> 来 实 现 在 > 中 分 别 填 写 起 始 电 压 终 止 电 压 步 进 电 压 和 延 迟 时 间 最 后 配 置 测 试 任 务 通 过 命 令 10"#1>/$ 来 让 + 执 行 电 流 测 试 任 务 量 程 自 动 选 择 测 试 配 置 完 成 以 后 通 过 命 令 :!- 使 + 开 始 测 试 执 行 完 测 试 以 后 验 证 所 测 试 的 点 数 是 不 是 完 全 保 存 到 缓 存 器 里 通 过 使 用 命 令 :0$0$! 来 实 现 所 有 的 点 都 存 储 以 后 通 过 命 令 :0%$! 将 数 据 发 送 到 电 脑 经 过 6,3 的 循 环 处 理 就 可 以 得 到 电 压 ( 电 流 值 并 且 以 一 个 二 维 数 组 的 形 式 输 出 图 为 本 系 统 设 计 的 源 程 序 的 仪 器 控 制 部 分 程 序 框 图 ( 数 据 采 集 程 序 数 据 采 集 是 将 + 测 试 的 电 压 ( 电 流 值 通 过 46 卡 传 输 到 电 脑 上 应 用 6,3 的 计 算 和 作 图 功 能 计 算 出 所 需 要 的 性 能 参 数 和 绘 制 出!$0 特 性 曲 线 仪 器 控 制 程 序 完 成 测 试 之 后 得 到 一 个 电 压 ( 电 流 值 的 二 维 数 组 从 二 维 数 组 中 可 以 得 到 开 路 电 压 短 路 电 流 等 值 使 用 6,3 数 组 函 数 中 的 控 件 来 索 引 出 这 些 元 素 并 通 过 显 示 控 件 让 其 显 示 在 前 面 板 中 开 路 电 压 的 获 取 是 应 用 数 组 最 大 值 与 最 小 值 控 件 找 出 电 流 绝 对 值 的 最 小 值 然 后 应 用 索 引 数 组 控 件 索 引 出 电 流 绝 对 值 所 对 应 的 行 再 将 第 一 列 和 这 一 行 交 集 的 元 素 通 过 显 示 控 件 显 示 出 来 即 为 开 路 电 ) 压 通 过 同 样 的 索 引 原 理 可 获 得 短 路 电 流 等 其 他 参 数 用 6,3 中 的 图 形 显 示 控 件 将 控 件 的 输 入 端 连 接 至 电 压 ( 电 流 值 二 维 数 组 的 输 出 端 可 以 获 得 太 阳 能 电 池 的!$0 特 性 曲 线 获 取 的 太 阳 能 电 池 参 数 和!$0 曲 线 显 示 在 前 面 板 中 如 图 * 所 示 其 中 电 池 采 用 的 是 工 厂 实 际 生 产 的 非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能 电 池 曲 线 是 采 用 本 系 统 的 太 阳 能
液 晶 与 显 示 第 卷 电 池 的 实 际 测 试 曲 线 图 * 中 46"" 必 须 与 电 脑 所 连 接 仪 器 的 主 地 址 相 一 致 才 能 够 确 保 仪 器 与 电 脑 正 常 通 信 1.&1$& 是 电 压 源 每 次 步 进 的 电 压 步 进 的 电 压 范 围 越 小 测 试 的 结 果 越 精 确 1.&1$& 是 表 示 每 步 进 一 次 电 压 测 量 一 次 电 流 之 间 的 时 间 间 隔 时 间 间 隔 越 小 测 试 速 度 就 越 快 但 是 要 获 得 一 定 的 精 度 就 要 保 证 测 试 速 度 在 仪 器 允 许 的 范 围 内 由 此 可 以 看 出 图 形 化 的 编 程 环 境 可 以 大 幅 简 化 程 序 的 复 杂 程 度 提 高 程 序 的 效 率 * 测 试 与 校 正 选 用 * 块 非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能 电 池 进 行 测 试 测 试 方 法 如 下 连 接 好 测 试 的 相 应 电 路 鼠 标 双 击 测 试 程 序 进 入 图 * 所 示 的 测 试 界 面 设 置 测 试 参 数 初 始 程 序 会 设 置 默 认 参 数 其 中 电 池 面 积 要 填 写 待 测 电 池 真 实 面 积 参 数 设 置 完 成 后 鼠 标 点 击 图 中 的 箭 头 按 钮 测 试 开 始 * 测 试 完 成 后 参 数 以 及!$0 特 性 曲 线 会 自 动 显 示 出 来 电 脑 还 会 提 示 是 否 保 存 测 试 数 据 将 数 据 保 存 到 相 应 的 文 件 夹 测 试 结 束 将 测 试 后 的 * 个 样 品 送 北 京 科 技 有 限 公 司 进 行 测 试 将 本 系 统 的 测 试 结 果 与 美 国 颐!"#$ %& 图 + 本 系 统 与 科 技 有 限 公 司 北 京 实 验 室 测 试!$0 曲 线 的 对 比 图 点 线 为 本 系 统 的 测 试 结 果 实 线 是 科 技 的 测 试 曲 线 /+$$"/-!$008-"#$ #$- " $ -0. :0/# 7/ $#:&$$( $$#$-$$$ -0.:0/# 光 科 技 有 限 公 司 北 京 实 验 室 >3:, 6 采 用 的 级 模 拟 器 及 $# * 源 表 测 试 的 数 据 进 行 了 对 比!$0 曲 线 的 对 比 如 图 + 所 示 由 设 备 自 动 读 取 的 参 数 对 比 结 果 如 表 所 示 对 比 结 果 表 明 本 系 统 测 试 的 光 电 特 性 曲 线 与 对 方 测 试 的 曲 线 几 乎 完 全 重 合 所 分 析 的 太 阳 能 电 池 效 率 最 大 误 差 仅 为 )= 表 测 试 结 果 对 比 明 细 表 电 池 的 面 积 为 746 :$$$$$$$0+0- 测 试 系 统 样 品 00!0- -3 = 效 率 = 效 率 误 差 = % % % %* ) ) ** *+ ) ) ) ** * ) + ) + * ) ) )* * ) )* * * )+ * ) ** ) * *** + + 结 论 基 于 虚 拟 仪 器 技 术 建 立 了 一 套 光 电 器 件 测 试 系 统 对 太 阳 能 电 池 的 光 电 性 能 进 行 了 测 试 测 试 结 果 表 明 所 设 计 的 系 统 不 仅 测 试 速 度 和 自 动 化 程 度 高 而 且 精 度 也 很 高 所 分 析 的 太 阳 能 电 池 效 率 最 大 误 差 仅 为 )= 该 系 统 不 仅 能 够 测 试 太 阳 能 电 池 而 且 还 能 够 测 试 薄 膜 晶 体 管 的 开 关 态 电 流 漏 电 流 等 可 以 满 足 实 验 室 和 工 厂 对 产 品 性 能 的 检 测 要 求
第 期 杨 勇 等 基 于 6,3 的 光 电 器 件!$0 测 试 系 统 参 考 文 献 狄 大 卫 高 兆 利 韩 见 珠 等 应 用 光 伏 学 上 海 上 海 交 通 大 学 出 版 社 ( 张 重 雄 虚 拟 仪 器 技 术 分 析 与 设 计 北 京 电 子 工 业 出 版 社 *(+ 刘 恩 科 光 电 池 及 其 应 用 北 京 科 学 出 版 社 *() *$6$-$ 6,3 2% (*(+$&"/$0--.( 0*+**)+,*+ + 赵 秀 田 太 阳 能 电 池 伏 安 特 性 测 试 装 置 的 设 计 中 国 建 设 动 态 阳 光 能 源 +*(* $6$-$4$/1$$".$ 6,3 % (*($&90-"890" $$&"* $6$-$ 6,3 -$% (*($&"/$0--.0%%+)+)+%, ) 陈 锡 辉 张 银 鸿 6,3) 程 序 设 计 从 入 门 到 精 通 北 京 清 华 大 学 出 版 社 )() 欢 迎 订 阅 欢 迎 投 稿 光 学 精 密 工 程 光 学 精 密 工 程 是 中 国 仪 器 仪 表 学 会 一 级 学 术 期 刊 中 国 科 学 院 长 春 光 学 精 密 机 械 与 物 理 研 究 所 主 办 科 学 出 版 社 出 版 由 国 内 外 著 名 科 学 家 任 顾 问 陈 星 旦 院 士 任 编 委 会 主 任 国 家 科 技 部 副 部 长 曹 健 林 博 士 担 任 主 编 光 学 精 密 工 程 坚 持 学 术 品 位 集 中 报 道 国 内 外 现 代 应 用 光 学 光 学 工 程 技 术 光 电 工 程 和 精 密 机 械 光 学 材 料 微 纳 科 学 与 技 术 医 用 光 学 先 进 加 工 制 造 技 术 信 息 与 控 制 计 算 机 应 用 以 及 有 关 交 叉 学 科 等 方 面 的 最 新 理 论 研 究 科 研 成 果 和 创 新 技 术 本 刊 自 年 起 只 刊 发 国 家 重 大 科 技 项 目 和 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 及 各 省 部 委 基 金 项 目 资 助 的 论 文 光 学 精 密 工 程 竭 诚 欢 迎 广 大 作 者 踊 跃 投 稿 本 刊 获 奖 国 际 检 索 源 中 国 科 学 技 术 协 会 择 优 支 持 期 刊 中 国 百 种 杰 出 学 术 期 刊 第 一 届 北 方 优 秀 期 刊 吉 林 省 双 十 佳 期 刊 国 内 检 索 源 中 国 科 技 论 文 统 计 源 期 刊 中 国 学 术 期 刊 光 盘 版 万 方 数 据 系 统 数 字 化 期 刊 台 湾 华 艺 中 文 电 子 期 刊 网 中 国 科 学 引 文 数 据 库 中 国 物 理 文 献 数 据 库 中 国 期 刊 网 美 国 工 程 索 引,6-&"@ 美 国 化 学 文 摘 英 国 61,1 俄 罗 斯 文 摘 杂 志 美 国 剑 桥 科 学 文 摘 1 中 文 核 心 期 刊 要 目 总 览 北 大 中 国 学 术 期 刊 综 合 评 价 数 据 库 中 国 光 学 与 应 用 光 学 文 摘 中 国 科 学 期 刊 全 文 数 据 库 中 国 光 学 文 献 数 据 库 中 国 学 术 期 刊 文 摘 中 国 物 理 文 摘 地 址 长 春 市 东 南 湖 大 路 ))) 号 光 学 精 密 工 程 编 辑 部 邮 编 电 话 *))++ 传 真 *)** 3/@7-/00-&00 /@7-/00-...&$0 国 内 邮 发 代 号 ( 国 外 发 行 代 号 *) 定 价 + 元 期 帐 户 中 国 科 学 院 长 春 光 学 精 密 机 械 与 物 理 研 究 所 银 行 中 行 吉 林 省 分 行 营 业 部 帐 号 )*)