光照源

测量太阳能电池需要一个与阳光条件密切匹配的稳定光源。强度与光谱都必须符合标准。一个明显的选择是简单地利用太阳本身。在云很少的地方,这是一个很好的解决方案 1,但大气条件仍然存在影响,需要进行校正才能对随时间变化的测量结果进行比较。光谱在一天中也会发生变化,这进一步限制了测试时间。

最常见的解决方案是使用模拟太阳的人造光源。理想的光照源应具有以下特征 2

  1. 空间不均匀性小于1%
  2. 总辐照度随时间的变化小于 1%
  3. 对给定的参考光谱进行过滤,使光谱错配误差小于 1%
  4. 这些要求对于获得优于 2% 的准确度至关重要

测试器材根据三个标准进行分类:

  1. 光谱匹配
  2. 辐照度不均匀性 - 照明区域的空间均匀性
  3. 时间不稳定性 - 随时间推移的稳定性

每个标准分为三个等级,其中“A”是最高评级,“C”是最低评级

表:根据 IEC 60904-9 Ed. 2.0. 的太阳模拟器分类。

Class Spectral Match Irradiance inhomogeneity Temporal Instability
  Long Term Short Term
A 0.75 - 1.25% 2% 0.5% 2%
B 0.6 - 1.4% 5% 2% 5%
C 0.4-2.0% 10% 10% 10%

例如,评定为 ABA 的模拟器的光谱匹配度 < 1.25%,不均匀性为 2-5%,长期稳定性 < 0.5%,短期稳定性 < 2%。

使用与被测电池具有相同光谱响应的参考电池,可以消除许多与模拟器相关的伪影。

最常见的光源是安装有滤光片以近似 AM1.5G 光谱的氙弧灯。简单的测试仪通常仅使用带有彩色滤光片的卤素灯。灯丝的温度远低于太阳的 6000 K,因此它会产生更多的红外光和更少的紫外线。灯泡上的反射器是具选择性的,因此可见光和紫外线会反射到电池上,但大部分红外辐射不会被反射并从灯泡的背面传递出去。与氙弧灯相比,卤素灯具有更高的时间稳定性的优点。

ELH 灯带有彩色反射镜,使大部分红外线不被反射。 ELH 是描述此类灯的美国标准协会 (ANSI) 代码。

Absorption Coefficient

标准大气 1.5 光谱与典型太阳模拟器光源的光谱进行比较。

同一类型和不同使用寿命的个体样本之间也存在相当大的差异。

与 大气质量1.5 的偏差

  • 与 AM1.5 的偏差会导致 Isc 出现错误

制造完全匹配 AM1.5 光谱并具有必要照明强度的光源是很困难的。如上图所示,灯的光谱与所需的 AM 1.5 光谱之间通常存在相当大的差异。有两种方法可以校正 AM1.5 光谱与太阳模拟器实际光谱之间的差异。

具有相同光谱响应的校准电池。

大多数内部测试人员采用的方法是使用与被测电池具有相同光谱响应的校准电池。调整测试仪的光强度,使电池 Isc 与外部测试实验室测量的 Isc 相匹配。然而,电池处理过程中的微小变化(例如发射器的掺杂分布、抗反射涂层的变化)会导致光谱响应发生变化,并且需要新的校准标准。

测量光谱响应

主要校准实验室使用更接近标准的光源,但仍然存在差异。为了补偿差异,校准实验室测量被测设备的光谱响应,然后使用它来校正光源光谱与标准光谱3之间的已知差异。这种校正非常耗时且容易出错。 20 世纪 90 年代初,对测试误差的分析导致了标准的改进,同时也将一些创纪录的效率降低了 1% 绝对值 4

PV Lighthouse有一个在线计算器可用于确定光源的光谱错配程度。它包括校正任意光谱的能力。