摘 要

能源危机和环境污染已经成为当今社会人类共同面对的严峻问题。太阳能是各种可再生能源中最理想的绿色能源，对太阳能电池的研究与测试对提高太阳能的利用率有着很重要的意义。

本文基于美国吉时利（Keithley）有限公司的2400系列源测量仪，利用美国国家仪器（National Instrument，NI）公司的LabVIEW软件，编写了一个太阳能电池I-V特性测试软件。测试软件通过LabVIEW程序控制Keithley2400源测量仪，读取测量数据到计算机，然后利用LabVIEW软件的数据处理分析功能，绘制出太阳能电池的伏安特性曲线，计算出太阳能电池的短路电流、开路电压、最大功率、填充因子和光电转换效率五个特性参数，并对测量和计算的数据进行储存。

经过测试结果对比分析，测试软件可以测得太阳能电池的伏安特性和特性参数，与传统仪器测试技术相比使用更便捷，更灵活。

关键词：太阳能电池；虚拟仪器；LabVIEW；测试软件

Abstract

Energy crisis and environmental pollution has become a serious problem in today's society, which the common have to face to. Solar energy is the best green energy of renewable energy, the research and testing of solar cells is important to improve the utilization of solar energy.

Based on the 2400 Series source meter from Keithley, USA, a solar cell I-V test software was developed by LabVIEW software from National Instruments (NI). This software uses the LabVIEW program control Keithley2400 source meter, sends the measurement data to the computer, and then use the LabVIEW software data processing and analysis capabilities to draw the solar cell volt-ampere characteristic curve and calculate the solar cell short-circuit current, open circuit voltage, the largest Power, fill factor and photoelectric conversion efficiency,then store these data.

After comparing the test results, the volt-ampere characteristics and characteristic parameters of the solar cell can measure by the software, which is more convenient and more flexible than the traditional instrument test technology.

Key words:Solar cells;Viertual Instrument;LabVIEW;Testing Software

目 录

第1章 绪论 1

1.1 本课题研究的目的和意义 1

1.2 太阳能电池测试技术的发展 1

1.3 本课题研究内容与目标 2

第2章 太阳能电池及其测试原理 3

2.1 太阳能电池的基本原理 3

2.1.1 太阳能电池发电原理 3

2.1.2 太阳能电池的电性参数 4

2.2 太阳能电池测试方法 6

第3章 测试方案设计 7

3.1 测试总体方案设计 7

3.2 测试硬件平台 7

3.2.1 RS-232总线接口 7

3.2.2 Keithley2400源测量仪 8

3.3 测试软件平台 9

3.3.1 LabVIEW软件 9

3.3.2 仪器驱动程序 10

第4章 软件实现 12

4.1 硬件平台 12

4.2 测试程序编写 12

4.2.1 前面板设计 12

4.2.2 测试模块程序 14

4.2.3 保存文件模块程序 15

4.2.4 读取文件模块程序 17

第5章 测试结果与数据分析 18

5.1 系统测试与结果分析 18

第6章 结论 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

本课题研究的目的和意义

由于近年来各国为发展经济而大力发展工业消耗了大量石油燃料，排出的废气引起大气中二氧化碳等温室气体浓度增加，使得温室效应、海平面上升和气候变迁加剧等现象越来越明显，对人类的生活环境和健康等方面都带来很多负面影响。环境污染和能源危机已经成为当今社会人类需要共同面对的严峻问题。因此，可再生能源就成为了当今能源产业炙手可热的资源。可再生能源是取之不尽、用之不竭的资源，如风能、太阳能、潮汐能、地热能、生物质能及水利发电等。这些可再生能源虽然有着各种不同的名字，但它们几乎都与太阳能提供的能量有关。由能量守恒，太阳内部的质量变化所提供的光能传送到地球后形成这些可再生能源的原动力。近年，全球对可再生能源的使用正在快速的增长，其中利用太阳能发电技术的增长更为明显。在发展中的替代性能源，风能及水能都受到各国地理环境的影响，无法得到完全的普及和高效的应用。而生物质能可以说是最有效和最有可能替代石油的能源，但由于世界很多国家存在粮食危机，生物质能的发展也受到很大的约束，粮食的不充足就无法权利发展生物新能源。因此，太阳能电池作为一种绿色能源就成为了未来研究发展的重点。对太阳电池特性进行测试和分析，有助于加深对太阳能电池的研究，能够为研究提供正确的技术参数，从而达到提高太阳能电池效率，选择最佳工作状态等目的。

1.2 太阳能电池测试技术的发展

新能源技术的需求推动了太阳能电池市场的发展，从而加大了市场对太阳能电池测试技术的需求。通过对测试结果的处理和分析，我们才能够不断的进行研究和改进，从而达到提高太阳能电池的效率，降低成本等目的。目前，世界上太阳能电池测试设备生产厂商主要有Newpoll、Spire、Agilent、PV Measurcments和Keithley等。Newport和Spire公司的主要产品是太阳光模拟器。 Agilent 和Keithley公司是世界上主要的太阳能电池测试用的高精度数字源表的生产商^[1]。而我国的太阳能电池实验室测试技术水平已处于世界前列，建立了不确定度优于 1.9%的世界光伏计量基准（WPVS），并且对未来太阳能电池测试的发展提出了详细建议。目前西安交通大学已经研制出了一系列太阳能电池测试仪器，并且整体技术也已经达到或超过世界先进水平^[2]。

随着现代信息科学技术的发展，传统的测试技术，就是通过人工手动的操作进行测量，已经不适合现在很多快速、复杂的测试与测量。而虚拟测试技术是采用虚拟仪器进行测试，即软件与硬件相结合高效灵活的完成各种测试和测量。虚拟仪器技术是由美国国家仪器公司（National Instruments，NI）在1986年提出的一种构成仪器系统的新概念^[3]。相对于传统测试方法的测试速度慢，计算精度不高，人工进行后续的数据处理和分析等缺点，虚拟测试技术不仅操作简单，还能发挥计算机强大的数据处理能力，实现测试技术的完全自动化和界面化。这使得测试过程中测量与处理、结果与分析相互分离的情况大为改观，节约了测试时间还增加了测试结果的精度。

1.3 本课题研究内容与目标

本课题采用美国国家仪器公司提出的虚拟仪器的概念，运用LabVIEW软件平台设计一款控制Keithley2400的测试软件，用计算机资源取代源测量仪中控制面板的输入、输出参数设置等部分，利用LabVIEW软件仪器控制功能来控制Keithley2400，使其能准确快速的完成对太阳能电池的特性和参数测量^[4]。从而实现对太阳能电池电流以及电压参数的测量，测绘出太阳能电池的I-V特性曲线和计算出太阳能电池的五个性能参数。将测量得到的电流电压值分两列保存，并以样品编号命名并以txt文件形式保存，将样品编号及其相应的特性参数作为表格保存在预置的Excel文件中，且不同样品的特性参数均保存在同一个表格文件中，以方便对比。

第2章 太阳能电池及其测试原理

2.1 太阳能电池的基本原理

2.1.1 太阳能电池发电原理

图2.1 太阳能电池工作原理