T/CPIA 0107-2025 晶体硅光伏电池切割分片效率损失测试方法

　　团 体 标 准

　　T/CP IA 0107—2025

　　晶体硅光伏电池切割分片效率损失测试方

　　法

　　Test method for slice efficiency loss of crystalline silicon photovoltaic

　　cells

　　2025 - 03 - 15 发布 2025 - 03 - 30 实施

　　中国光伏行业协会 发 布

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国光伏行业协会标准化技术委员会提出。

　　本文件由中国光伏行业协会标准化技术委员会归口。

　　本文件起草单位：河北大学、英利能源发展有限公司、一道新能源科技股份有限公司、安徽华晟新能源科技有限公司、泰州中来光电科技有限公司、隆基绿能科技股份有限公司、扬州阿特斯阳光电力科技有限公司、天合光能股份有限公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、新特能源股份有限公司、国家电投集团科学技术研究院有限公司、中国科学院微电子研究所、东台晶澳太阳能科技有限公司、天津大学、浙江巨合新能源有限公司。

　　本文件主要起草人：陈剑辉、陈静伟、张旭宁、刘莹、李英叶、章康平、胥星星、周肃、安超、任改改、张春华、许贵军、赵志国、高霞、王彩霞、葛华云、谢忠阳、吴翠姑、马俊。

　　晶体硅光伏电池切割分片效率损失测试方法

　　1 范围

　　本文件规定了测试晶体硅光伏电池切割分片效率损失的测试方法，包含术语和定义、方法原理、样品准备、测试设备、环境要求、测试步骤、数据处理和报告。

　　本文件适用于PERC、TOPCon、HJT等晶体硅光伏电池切割分片的效率损失测量，BC和MWT电池可参考使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 29195 地面用晶体硅太阳电池总规范

　　IEC 60904-1 光伏器件 第1部分：光伏电流-电压特性的测量(Photovoltaic devices – Part 1: Measurement of photovoltaic current-voltage characteristics)

　　IEC 61853-1 光伏组件性能测试和能量评定 第1部分： 辐照度和温度性能测量和功率评定(Photovoltaic (PV) module performance testing and energy rating—Part 1: Irradiance and temperature performance measurements and power rating)

　　3 术语和定义

　　IEC TS 61836和IEC 63202-1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　切割分片后子电池新增的侧面面积 the new side area of the sub-cell after cutting and

　　slicing;Sm

　　当晶体硅电池进行切割后， 电池分片产生新的侧面对应的面积， 白色区域为Sm，示意图见图1。

　　图 1 电池切割示意图

　　3.2

　　切割分片后子电池的总表面积 the total area of the sub-cell after cutting and slicing;

　　Ss

　　总表面积指的是切割后电池分片的上、下表面面积以及4个侧面的面积之和Ss。

　　3.3

　　效率损失 efficiency loss

　　效率损失是指切割前电池效率与切割后电池效率之差。

　　4 方法原理

　　将待测样品置于准稳态(脉冲大于1 ms)光照条件下，测量样品两端电压，根据二极管肖克莱IV方程I = I0 exp ， 所测电压和光强遵从指数关系，这一关系可以通过公式(1)来具体描述。进一步地，通过公式(1)的推导，我们得到了公式(2)，在脉冲光源照射下，光强一般从几倍太阳常数到0.1倍太阳常数变化(至少3倍太阳常数以上)，开路电压随光强变化。从而可以得出开路电压—光强变化曲线。同时根据1倍太阳到0倍太阳之间的开路电压的变化算出样品两端对应的电流密度(Jimplied )，这一计算过程由公式(3)给出。最后，结合公式(2)和公式(3)，我们可以得出IV曲线，进而可以得到无串联电阻影响的填充因子(pFF)和转换效率 (η) 。

　　式中：

　　Suns ——标准下1个太阳常数的倍数(无量纲);

　　Jsc ——待测样品在1个太阳下的短路电流密度，通常是常数，单位为毫安每平方厘米(mA/cm2);

　　Voc ——开路电压，单位为伏(V);

　　J0 ——暗态饱和电流，单位为安培(A);

　　m ——理想因子;

　　k ——玻尔兹曼常数，K=1.38×10-23 J/K;

　　q ——基本电荷，q=1.6×10-19 C;

　　T ——温度，单位为K。

　　V0c ln

　　式中：

　　Voc ——开路电压，单位为伏(V);

　　KT ——温度电压当量，取25.69 mV(25 ℃时);

　　q

　　m ——理想因子;

　　k ——玻尔兹曼常数，K=1.38×10-23 J/K;

　　q ——基本电荷，q=1.6×10-19 C;

　　T ——温度，单位为K。

　　Jimplied = Jsc (1 __ suns) ·············································(3)

　　式中：

　　Jimplied ——待测样品根据1倍太阳常数到0倍太阳常数的电流密度。

　　Jsc ——待测样品在1个太阳下的短路电流密度，通常是常数，单位为毫安每平方厘米(mA/cm2); Suns ——标准下1个太阳常数的倍数(无量纲)。

　　5 样品准备

　　5.1 选取 2 片晶体硅光伏电池，一片作为切割分片样品，一片作为备用，外观应符合 GB/T 29195 的规定， 电池正负金属电极分别位于前表面和背表面。

　　5.2 电池需要保存在避光、无腐蚀或污染气体的环境中，温度应在范围(25±5) ℃ , 相对湿度应不大于 75 %。

　　6 测试设备

　　6.1 总则

　　测试设备由光源、测试台、控温系统、数据采集系统、数据处理系统等组成，如图2所示。

　　标引序号说明：

　　1——数据采集器;

　　2——信号传输线;

　　3——控温线;

　　4——参考电池;

　　5——样品台;

　　6——样品;

　　7——探针;

　　8——氙灯。

　　图 2 测试设备示意图

　　6.2 光源

　　光源的光强可以实现3 Suns～0 Suns变化，并配备滤光片，使光源光谱与AM1.5太阳光谱匹配。

　　6.3 测试台

　　测试台的中心与光源位于同一垂直面。测试台面上有金属板可以接触样品背电极，另有一个探针可以接触电池正面电极，并带有标准参考电池，用于探测光强。

　　6.4 控温系统

　　参照IEC 60904-1温控要求，利用接触式传感器测量样品温度，也可非接触式红外温度计测试。

　　6.5 数据采集系统

　　用来采集光强信号，光照后样品的电压信号。电压测量范围±1V，精度为±1mV。

　　6.6 数据处理系统

　　计算机接受光强和电压信号，并用画出电压随光强变化曲线和电流-电压曲线，同时求出填充因子，转换效率等参数。

　　7 环境要求

　　7.1 环境温度：(25±5) ℃。

　　7.2 环境相对湿度： ≤75 %,满足设备的使用要求。

　　7.3 测试平台无振动，平台面积大于被测电池面积。

　　8 测试步骤

　　8.1 按照 IEC 60904-1 的规定进行 I-V 测试方法，测量样品短路电流密度(Jsc)。

　　8.2 调整光源到测试样品的距离在 50 cm～75 cm，光强应在在 3 倍太阳常数到 0 倍太阳常数之间(至少 3 倍太阳常数以上)。

　　8.3 测试样品的长度、宽度和厚度，计算测试样品的总表面积，记录为符号 Ss ;同时计算测试样品的新增侧面面积，记录为符号 Sm。

　　8.4 将样品放置在测试台中心区域，保持电池正面朝上，如图 2 所示。

　　8.5 用探针接触电池正面靠近边缘位置的电极。

　　8.6 测试光强、电压数据、电压-光强曲线和电流-电压曲线，如图 3，4 所示，并记录此时对应的转换效率(η0 )、开路电压(Voc)、填充因子(pFF)。

　　图 3 电压-光强曲线

　　图 4 电流-电压曲线

　　8.7 将 1 片电池样品等分切割，分成 2 等份，分别测试 2 片 1/2 片电池，重复 8.3、8.4、8.5、8.6的步骤进行测试，记录两片 1/2 片电池对应的转换效率(η1 (1) 、η1 (2))、开路电压的平均值(Voc)、填充因子的平均值(pFF)。

　　8.8 将两片 1/2 片电池等分，得到 4 片 1/4 片，重复 8.3、8.4、8.5、8.6 的步骤进行测试，记录 1/4片电池对应的转换效率(η2 (1) 、η2 (2) 、η2 (3) 、η2 (4))、开路电压的平均值(Voc )、填充因子的平均值(pFF)。

　　8.9 以此类推，将 4 片 1/4 片电池等分，得到 8 片 1/8 片，重复 8.3、8.4、8.5、8.6 的步骤进行测试，公式推导过程见附录 A，测试数据记录在数据统计表中，参见附录 B 中表 B.1。

　　将1/8片电池分成2份， 以此类推，切割1/16片，重复8.3、8.4、8.5、8.6的步骤进行测试，记录1/16片电池对应的转换效率 (η4)、开路电压(Voc)、无串联电阻影响的填充因子(PFF)，将测试数据记录在数据统计表中，参见附录B中表B.1。

　　9 数据处理

　　9.1 效率损失因子

　　晶体硅光伏电池切割分片转换效率损失因子K按照公式(4)进行计算：

　　K × 100% ··················································(4)

　　式中：

　　K ——晶体硅光伏电池切割分片效率损失因子;

　　Sm——切割分片后子电池分片新增的侧面面积，单位为平方厘米( cm2 );

　　Ss——切割分片后子电池分片的总表面积，单位为平方厘米( cm2 )。

　　9.2 切割效率损失

　　以横坐标为转换效率损失K因子、纵坐标为转换效率 (η) , 采用数学拟合函数画出函数关系图，如附录A中图A.3所示，从函数关系图中可以读取任意切割等分下该电池的切割分片后转换效率损失程度(Δη) 。

　　10 报告

　　报告应至少包含以下内容：

　　a) 样品类型、型号、规格、编号;

　　b) 测试仪器名称和型号;

　　c) 环境温湿度;

　　d) 测试项目及测试结果，测试结果至少包含如下参数：电池片的开路电压(Voc)、电池片的填充因子(pFF)、电池片的转换效率 (η) 、切割后电池片新增的侧面面积(Sm)、切割后电池片的总表面积(Ss )、晶体硅光伏电池切割分片切割损失因子(K); 电池在 2 等分、3 等分、4等分、6 等分(业界半天、叠瓦技术通用)情况下能量转化效率的切割损失程度 (Δη) ;

　　e) 本文件编号;

　　f) 测量单位名称、地址、测量者;

　　g) 测试日期。

　　附 录 A (资料性)

　　公式推导过程

　　A.1 取同一批次的 HJT 和 TOPCon 电池各 10 片，用自然解离的方法切割电池，如图 A.1 所示，利用金刚笔沿电池对角线施加压力， 电池沿晶向方法被分为 1/2，依次类推分为 1/3、1/4、1/8 。

　　图 A.1 自然解离示意图

　　A.2 测试切割分片后电池效率，来验证自然解离的对切割分片后效率的影响;对所得数据进行处理，以横坐标为转换效率损失 K 因子、纵坐标为转换效率 (η) , 同时采用数学函数 y = A进行处理，得到切割分片后电池效率的损失情况，另外对比了 HJT 和 TOPCon 电池自然解离方法的效率损失。 A.3 同一测试人员进行自然解离和测试，测试结果如图 A.2 所示：

　　图 A.2 HJT 和 TOPCon 电池切割分片后效率随 K 值的变化拟合曲线示意图

　　A.4 采用得到的函数拟合处理方法，对 TOPCon 和 HJT 电池的切割分片后电池效率的损失情况进行了对比，测试结果如图 A.3 所示：

　　图 A. 3 TOPCon 和 HJT 电池切割分片后效率损失对比示意图

　　A.5 TOPCon 和 HJT 效率的归一化，同时得到了两种电池自然解离效率损失情况如表 A.1 所示。

　　表 A.1 两种电池自然解离效率损失情况

　　附 录 B (资料性)数据统计表

　　测试数据统计参见表B.1。

　　表 B.1 数据统计表