發(fā)布時間：2020-01-17 15:54

【摘要】：為了實(shí)現(xiàn)變溫環(huán)境下薄膜太陽電池電學(xué)性能的自動測試,提出了基于方形四探針法測試原理,采用由工業(yè)計算機(jī)(IPC)和Keithley 2401數(shù)字源表、智能溫控儀(SRS13A,SRS14A)組成的主從式控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)薄膜太陽電池器件的電學(xué)性能測試。通過RS-485總線完成智能溫控儀與上位機(jī)間數(shù)據(jù)通信,達(dá)到對測試環(huán)境和樣品溫度的智能控制。采用GPIB總線實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與Keithly 2401數(shù)字源表間的信息交換,獲取待測樣品的電壓、電流、電阻等參數(shù)值�；贚ab VIEW開發(fā)環(huán)境編寫的上位機(jī)軟件被用于完成數(shù)據(jù)處理,T—R,T—I—U特征曲線的繪制和顯示。為了驗(yàn)證該測試系統(tǒng)的性能,對化合物半導(dǎo)體(Zn Te:Cu)薄膜和Cd Te薄膜太陽電池器件的電學(xué)性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠完成變溫環(huán)境下薄膜太陽電池器件電學(xué)性能的測試,并且該系統(tǒng)運(yùn)行可靠、操作簡便,能夠滿足實(shí)驗(yàn)室教學(xué)和科研的需要。
【圖文】：

范圍，本文提出基于矩形四探針法測試原理，采用Keithley2401數(shù)字源表和工控機(jī)構(gòu)成的主從式測控系統(tǒng)，在真空、高低溫、變溫環(huán)境下完成對薄膜太陽電池T—Ｒ、T—I—U特征曲線測量。1測試系統(tǒng)總體方案1．1測試原理四探針法是材料學(xué)及半導(dǎo)體行業(yè)電學(xué)表征較常用的方法，，其原理簡單，能夠消除電阻影響，具有較高的測試精度［7-9］。根據(jù)測試對象的結(jié)構(gòu)要求不同，可分為直線四探針法、方形四探針法、范德堡法，以及改進(jìn)四探針法四類。本文選用適用于微區(qū)測量的方形四探針法，完成薄膜太陽電池電學(xué)性能的測試。如圖1所示，方形四探針法將4根探針放置在1個正方形4個頂點(diǎn)，給其中兩探針通電流，測量另外2個探針的電壓。當(dāng)給探針3，4通電流時，依據(jù)下式計算出樣品的電阻:ＲS=2πU1，2Iln2式中:ＲS為測試電阻;I為給探針3，4施加的電流。通過記錄不同溫度下的電阻值，完成對樣品的T—Ｒ，T—I—U特征曲線測量。1．2系統(tǒng)總體方案根據(jù)目前科研與教學(xué)中對薄膜太陽電池電學(xué)性能測試的要求，認(rèn)為該測試系統(tǒng)應(yīng)具備:控溫范圍在－100～200℃;能夠在高低溫、變溫、恒溫，真空條件下完成樣品T—Ｒ，T—I—U特征曲線測量，并以圖形和表格的方式實(shí)時顯示測試數(shù)據(jù);系統(tǒng)軟件需采用模塊化設(shè)計，便于擴(kuò)展。為此，本文提出如圖2所示設(shè)計方案。該測試系統(tǒng)主要由實(shí)驗(yàn)箱、控溫裝置和測控系統(tǒng)3部分組成。圖1方形四探針測試原理示意圖圖2測試系統(tǒng)總體方案(1)實(shí)驗(yàn)箱。主要由真空腔體、樣品臺和三軸探針夾持裝置組成(見圖3)。其中真空腔體采用不銹鋼材料加工，由腔體上蓋和腔體通過鉸鏈聯(lián)結(jié)而成。腔體上蓋中部開設(shè)有圓形石英玻璃觀察窗。腔體側(cè)壁則開設(shè)有用于溫度傳感器、加熱器、測試探針等器件與控制系統(tǒng)連接的接線端，以及?

的電壓。當(dāng)給探針3，4通電流時，依據(jù)下式計算出樣品的電阻:ＲS=2πU1，2Iln2式中:ＲS為測試電阻;I為給探針3，4施加的電流。通過記錄不同溫度下的電阻值，完成對樣品的T—Ｒ，T—I—U特征曲線測量。1．2系統(tǒng)總體方案根據(jù)目前科研與教學(xué)中對薄膜太陽電池電學(xué)性能測試的要求，認(rèn)為該測試系統(tǒng)應(yīng)具備:控溫范圍在－100～200℃;能夠在高低溫、變溫、恒溫，真空條件下完成樣品T—Ｒ，T—I—U特征曲線測量，并以圖形和表格的方式實(shí)時顯示測試數(shù)據(jù);系統(tǒng)軟件需采用模塊化設(shè)計，便于擴(kuò)展。為此，本文提出如圖2所示設(shè)計方案。該測試系統(tǒng)主要由實(shí)驗(yàn)箱、控溫裝置和測控系統(tǒng)3部分組成。圖1方形四探針測試原理示意圖圖2測試系統(tǒng)總體方案(1)實(shí)驗(yàn)箱。主要由真空腔體、樣品臺和三軸探針夾持裝置組成(見圖3)。其中真空腔體采用不銹鋼材料加工，由腔體上蓋和腔體通過鉸鏈聯(lián)結(jié)而成。腔體上蓋中部開設(shè)有圓形石英玻璃觀察窗。腔體側(cè)壁則開設(shè)有用于溫度傳感器、加熱器、測試探針等器件與控制系統(tǒng)連接的接線端，以及用于連接真空泵、液氮儲藏罐的管線接頭。1－真空腔體上蓋，2－觀察窗，3－真空腔體基座，4－探針，5－三軸探針夾持機(jī)構(gòu)，6－樣品臺圖3實(shí)驗(yàn)箱裝配圖樣品臺呈圓柱狀，采用導(dǎo)熱率較高的銅合金制備，固定在真空腔體中間位置;加熱器、溫度傳感器置于其內(nèi)部。4個結(jié)構(gòu)相同的三軸探針夾持裝置均勻分布在92

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