Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2021, № 4 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

Specificity of solar cells thermal resistance measurement

V.I. Smirnov1, V.A. Sergeev1, A.A. Gavrikov1,2

1 Ulyanovsk Branch of Kotelnikov IRE RAS, Ulianovsk, Russia
2 Ulyanovsk State Technical University, Ulianovsk, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2021.4.15 UDC 681.518.3 EDN QKDJBN

Abstract

The results of power solar batteries' thermal resistance measurements are described. A distinctive feature of such batteries is the high heat capacity of the semiconductor material, as well as the high total electrical capacity of p-n-junctions. This complicates the thermal resistance of the measuring process, based on heating the object by the heating current pulses and measuring the temperature of the p-n-junction in the pauses between pulses. To measure the thermal resistance of power solar battery the modulation method was used, a device under test (DUT) heated with current pulses with duration modulated harmonically. The response to the heat (a variable component of the p-n-junction temperature) is measured in the pauses between the pulses. To detect the thermal resistance component junction-to-case, the dependence of the thermal impedance on heating power modulation frequency was measured. In the measured dependence, a frequency range is found when the real part of the thermal impedance value remains constant. This allows the determining of the "junction-to-case" thermal resistance component. Were made estimates of the duration of a single measurement of thermal resistance and a conclusion about the possibility of implementing selective technological control of this parameter in the production of powerful solar cells.

  • power solar battery
  • thermal resistance
  • modulation method
  • measurement time
  • technological control
Аннотация (на русском)

Особенности измерения теплового сопротивления мощных солнечных батарей

Представлены результаты измерений теплового сопротивления мощных солнечных батарей. Отличительной особенностью таких батарей является большая теплоемкость полупроводникового материала, а также высокая суммарная электрическая емкость p-n -переходов. Это усложняет процесс измерения теплового сопротивления, основанного на нагреве объекта импульсами греющего тока и измерении в паузах между импульсами температуры p-n -перехода. В работе для измерения теплового сопротивления мощной батареи использовался модуляционный метод, в котором ее нагрев осуществлялся импульсами тока с изменяющейся по гармоническому закону длительностью. В паузах между импульсами измерялся отклик на это воздействие - переменная составляющая температуры p-n -перехода. Для выявления компоненты теплового сопротивления «переход-корпус» производились измерения зависимости теплового импеданса батареи от частоты модуляции греющей мощности. В измеренной зависимости обнаружен диапазон частот, в котором значение вещественной части теплового импеданса остается практически постоянным. Это позволило определить компоненту теплового сопротивления «переход-корпус». Произведены оценки продолжительности однократного измерения теплового сопротивления и сделан вывод о возможности реализации выборочного технологического контроля данного параметра при производстве мощных солнечных батарей.

For citation

Smirnov V.I., Sergeev V.A., Gavrikov A.A. Specificity of solar cells thermal resistance measurement // Journal of Radio Electronics. – 2021. – No. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.4.15

References

  1. ГОСТ Р 56124.7.1-2014. Возобновляемая энергетика. Гибридные электростанции на основе возобновляемых источников энергии, предназначенные для сельской электрификации. Рекомендации. Часть 7-1. Генераторы. Фотоэлектрические батареи. Москва, Стандартинформ. 2015. 68 с.
  2. ОСТ 11 0944-96. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Методы расчета, измерения и контроля теплового сопротивления. Москва, ГУП НПП Пульсар. 1997. 110 с.
  3. Test Methods for Semiconductor Devices. MIL-STD-750-3. Department of Defense, 2012.
  4. Siegal B. Solar Photovoltaic Cell thermal measurement issue. 26th Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM). 2010. P.132-135.
  5. Сергеев В.А., Смирнов В.И., Гавриков А.А., Фролов И.В. Измерение теплового импеданса мощных светодиодов c применением широтно-импульсной модуляции мощности. Известия вузов. Электроника. 2012. №3. С.64-68.
  6. Смирнов В.И., Гавриков А.А., Шорин А.М. Метод измерения компонент теплового сопротивления полупроводниковых приборов и его практическая реализация. Автоматизация процессов управления. 2017. №2. С.98-105.
  7. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А. Аппаратно-программный комплекс для измерения теплового сопротивления солнечных батарей. Автоматизация процессов управления. 2018. №4. С.118-126.
  8. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Москва, Бином. 2014. 704 с.