Thursday, January 20, 2011

Photovoltaic Capacitance and Time Domain Measurements

I noticed that my PV test blog posts have been getting a lot of hits so I wanted to capture an area of PV test that I have not touched on yet and is out of the normal GPETE realm. That area is photovoltaic capacitance and time domain testing. This type of testing provides deep dive into the physics of PV cell for improving improving the cell's efficiency at the material fabrication level..
We are all familiar with I-V measurements made throughout the PV product design cycle. With I-V measurements we can calculate PV parameters like Isc, Voc, FF, Pmax, etc.Capacitance measurements and time domain measurements are required to completely characterize solar cells. Because traps in the bulk material directly affect carrier recombination at the interface and in the bulk, it is essential to characterize these traps so as to minimize their impact on solar cell performance. Capacitance measurements are the main method to evaluate traps in the bulk. Understanding trap behavior is also important when studying multi-junction PV cells and for controlling the PV cell band gap. To optimize PV cell performance it is also important to know the carrier diffusion length, because it is one of the key parameters impacting PV cell efficiency. Time domain measurement is the principal method used to measure carrier diffusion length. The following figure lists PV parameters that can be obtained from capacitance and time domain measurements.
In the next couple paragraphs I will briefly explain the parameters in capacitance and time domain measurements. I will warn you the math gets a little heavy so if you are just interested in a solution for making these measurements refer to the link at the end of the post.

CV measurements, which are the most common capacitance measurements, can be used to estimate the carrier density (Nc) using the following equation.
Here q is the electron charge, Ks is the semiconductor dielectric constant, ε0 is the permittivity of free space, A is the surface area of a PV cell and Vbi is the built-in potential. A 1/C2 - V plot is called a Mott-Schottky plot, and the Nc distribution over the depletion width (W) is obtained from the slope of Mott-Schottky plot as shown below (click to enlarge).
An AC voltage capacitance measurement (CVac) provides the information about the defect density (Nd). This technique is known as drive-level capacitance profiling (DLCP), and it is used to determine deep defect densities by studying the non-linear response of the capacitor
as a function of the peak-to-peak voltage dV (=Vpp) of the applied oscillating signal. The density that 
can be obtained using DLCP is also called the drive level density (Ndl), and it is defined as shown below. (Note: In the previous equation the subscripted symbols C1, C2, etc. have the units of capacitance per volt, capacitance per volt squared, etc.) 
A capacitance versus frequency (Cf) measurement is helpful to understand the dynamic behavior of PV cells as well. The results of a Cf measurement are often plotted as complex numbers in the impedance plane where this information is known by many names, such as Nyquist plots, Cole-Cole plots, complex impedance plots, etc. 
A variety of time domain measurement methods are being developed to evaluate the recombination parameters of solar cells, such as minority carrier lifetime (τ), surface recombination velocity (S) and minority carrier diffusion length (Ld). One of the most popular techniques is open circuit voltage decay (OCVD) where the excitation is supplied either electrically or optically (see figure below). In the electrical case a constant current equal to Isc is forced into the solar cell and the voltage decay across the solar cell is observed after abruptly terminating the current. In the optical case a light pulse is used to stimulate the solar cell instead of a current. For the short circuit condition the current flow across the solar cell is measured after removing the light stimulus, and this is called the short circuit current decay (SCCD). 

Each of the various measurement parameters just discussed could be measured with a complex setup of multiple GPETE products and some software to post process the results. A much better way to do it is to use  Agilent's B1500A semiconductor device analyzer. The B1500A provides a one box solution with software built-in to make high accuracy and high precision capacitance, time domain, and I-V measurements for PV material testing.

To learn more about the B1500A click here


  1. Regardless of the possibility that you don't have a requirement for a domain name at the present time it pays to simply ahead and register domain names to guarantee they'll be accessible when you require them. Domain Generator

  2. This is very interesting, You’re a very skilled blogger. I have joined your feed and look forward to seeking more of your fantastic post. Also, I have shared your web site in my social networks!
    Regards -

  3. فني تركيب اثاث ايكيا بالرياض
    شركة تركيب اثاث ايكيا بالرياض
    شركة تركيب ستائر بالرياض
    محلات تركيب ستائر بالرياض
    شركة تركيب باركية بالرياض
    محلات تركيب الباركيه بالرياض
    شركة تركيب غرف نوم بالرياض
    أسعار تركيب غرف النوم بالرياض
    شركة تركيب عفش بالرياض
    Company of installing bedrooms in Riyadh
    Home furniture needs to be handled with extreme sensitivity so that the handling of it will not break any piece of pieces. Therefore, a bedroom installation company in Riyadh provides a group of workers capable of dealing with all kinds of furniture. A bedroom installation company in Riyadh provides a set of special exercises In order to raise the level of workers working in the company also provides a very distinctive set of packaging materials furniture between the purchase and installation, in order to ensure the safety of all pieces of furniture until the installation process is professional and accurate

  4. I recommend students to read info from In any case it will help you with writing world peace essay in college.

  5. Thanks for sharing, I really appreciate it and I just wanted to leave a comment to say that I enjoy your blog.
    Local Solar Panel Installers
    Solar Arizona

  6. وايت شفط شمال الرياض لعلك الآن قد تواجه مشكلة صعبة نوعاً ما مع عدم قدرتك على حلها وواحدة من تلك المشكلات ما قد تعاني منه ّإذا ما حدث انسداد بالمجاري

    المصدر: وايت شفط شمال الرياض

    شركة شفط بيارات شمال الرياض من المتوقع في أي وقت أن تسوء حالة المجاري التي تمتلكها نتيجة لانسدادها أو لغيرها من العوامل الأخرى، ما يجب أن تضعه في الحسبان

    المصدر: شركة شفط بيارات شمال الرياض

    شركة تنظيف منازل بالرياض رخيصه الثمن ومتميزة في العمل شركة دريم هاوس لتنظيف المنازل وهي من افضل شركات التنظيف وتقدم خدمات متميزة لكافة العملاء

    المصدر: شركة تنظيف منازل بالرياض رخيصه

    شركة تنظيف منازل غرب الرياض لا مكان قد تفضله أكثر من منزلك خاصة بعد عناء يوم طويل في العمل، ولكن هل سترغب بالعودة إلى منزل متسخ

    المصدر: شركة تنظيف منازل غرب الرياض

    اسعار تنظيف المنازل بالرياض تبحث عنها الكثير من ربات البيوت عبر مواقع الإنترنت خاصة في موسم الأعياد أو عند إقامة بعض الحفلات والمناسبات الإجتماعية، ولكنها

    المصدر: اسعار تنظيف المنازل بالرياض

    يمكنك سيدتي الآن التخلص من مشكلة تنظيف الكنب بصورة نهائية خاصةً تلك المصنوعة من القماش المخمل أو الشامواه بل والتي يصعب إزالة الكسوة الخاصة بها، حيث تتواجد بعض البقع الزيتية أو الخاصة بالمشروبات التي تجف على السطح وتظل عالقة في نسيج القماش ويصعب إزالتها بالطرق التقليدية.

    المصدر: شركة تنظيف كنبات بالرياض

  7. This article is great. I like it very much. Thank you.
    เว็บไซต์คาสิโนออนไลน์ที่ได้คุณภาพอับดับ 1 ของประเทศ
    เป็นเว็บไซต์การพนันออนไลน์ที่มีคนมา Gclub Royal1688
    และยังมีหวยให้คุณได้เล่น สมัครหวยออนไลน์ ได้เลย
    สมัครสล็อตออนไลน์ได้ที่นี่ >>> Golden slot
    ร่วมลงทุนสมัครเอเย่น Gclubกับทีมงานของเราได้เลย

  8. Thank you for making me realize this. It's great.
    โปรโมชั่นGclub ของทางทีมงานตอนนี้แจกฟรีโบนัส 50%
    เพียงแค่คุณสมัคร Sclub กับทางทีมงานของเราเพียงเท่านั้น
    สมัครสล็อตออนไลน์ >>> goldenslot
    สนใจร่วมลงทุนกับเรา สมัครเอเย่น Gclub คลิ๊กได้เลย

  9. Thanks. Useful information and very inspiring.
    จีคลับเป็นผู้ให้บริการคาสิโนออนไลน์ที่ดีที่สุด มีเกมหลากหลายชนิด อาทิ บาคาร่า รูเล็ต สล็อต ไฮโล สนใจสมัคร gclubแอดไลน์ @gclub45 ตลอด24ชั่วโมง