钙钛矿电池太阳光模拟器
时间：2023-03-10 阅读：651
目录
应用场景
太阳光模拟器简介
太阳光模拟器性能指标
总辐照度
光谱匹配度
辐照均匀度
辐照稳定度
太阳光模拟器光源
卤钨灯光源有以下四个特点
太阳光模拟器，广泛应用于太阳光电池特性测试、染料敏化电池（DSSC）、钙钛矿电池（PSC）、光热转化、光电材料特性测试、生物化学相关测试、光学催化降解加速研究、皮肤化妆用品检测和环境研究、航空航天、科研单位，以及整车光老化测试（汽车整车全光谱阳光模拟系统）等。
太阳光模拟器是在室内环境中，模拟不同大气质量条件下、太阳光辐照特性的试验平台或定标设备。一般来讲，太阳光模拟器可分为两类：一类是稳态模拟器，主要由光源、冷却系统、数据采集与控制系统、滤光器等组成，多用于单体太阳光电池板与小型设备的测试。另一类是脉冲模拟器，由一个或多个长弧脉冲氙气灯组成。该种模拟器的辐照度在一定范围内的均匀性非常好，经常用于大尺寸设备的测试。在太阳光技术的不断推进下，近几年各种大面积太阳光模拟器被陆续开发出来，其辐照面积可达2-5平方米，辐照度均匀性与辐照度稳定性等指标也控制得很好，主要应用于各种太阳光技术的测试方面。量测6大参数: Voc, Isc, FF, Imax, Vmax, Pmax, η, Rs, Rsh
太阳光模拟器的性能指标一般包括：一定范围内的总辐照度、辐照光谱匹配度、辐照均匀度与辐照稳定度。
太阳光模拟器的总辐照度是指太阳光模拟器能够在测试平面上提供的最大辐照度值，一般来说根据应用场合的不同，对总辐照度的要求也不同。
太阳光模拟器的光谱匹配度是指太阳光模拟器的光谱辐照度分布与太阳光的标准光谱分布的匹配程度，一般用太阳光模拟器在每个波长范围内辐射的能量百分比与标准太阳光在同样波长范围内辐射的能量的百分比的比率表示。太阳光标准光谱辐照度分布情况见图2。
图2标准光谱辐照度分布
太阳光模拟器在照射光伏板时，如果辐照不均匀会使得被照射的光伏板面上各区域接收的辐照不相同，而我们通常假定自然光是平行光，当不均匀度超过一定的限制，电池组件的伏安曲线就与它在接收自然光照时的曲线，即实际工作曲线产生了差异。每一个串联电路输出的电流取决于光照最弱的那一块电池，这样，一个弱斑将影响一整串电路的输出特性，可能会导致光伏板测量效率或分级的错误。因此，辐照均匀性是太阳光模拟器的主要技术指标之一，其计算公式为：
式中：Nu表示太阳光模拟器辐照度不均匀度；Emax表示测试平面有效测量范围内测得的最大辐照度，单位为W/m2；Emin表示测试平面有效测量范围内测得的最小辐照度，单位为W/m2。
太阳光模拟器辐照度稳定度是指在测试平面上的区域内的辐照度值的稳定程度，一般用辐照度不稳定度来评价。在测试平面上的区域内任取一坐标，记录该点的辐照度值在一定时间内的变化情况，在测试时间内测取的辐照度最大值记作E'max，辐照度最小值记作E'min，太阳光模拟器辐照度不稳度的计算公式如下：
式中：Ns表示太阳光模拟器辐照度不稳定度；E'max表示数据采集期间任意测量点在测试平面内的最大辐照度，单位为W/m2；E'min表示数据采集期间任意测量点在测试平面内的最小辐照度，单位为W/m2。
太阳光模拟器最重要的组成部分是模拟器光源，作为一种人造光源器件，太阳光模拟器的各项性能与所选光源紧密相关。所选光源的能量分布需要尽可能与太阳辐射的能量分布接近，太阳光模拟器常用光源一般是稀有气体灯（如固体灯、LED 灯、氙气灯等）、高压汞灯、超高压汞灯、金属卤化物灯等。
碳弧灯是早期太阳光模拟器常用的光源。其光谱由炙热电极的连续辐射和金属蒸汽特征谱线组成，分布形式接近太阳光谱。碳弧灯有封闭式碳弧灯和日光碳弧灯两种。碳棒是封闭式碳弧灯内的发光体，电流通过碳棒发出弧光。但弧光的光谱能量分布(SPD)与自然日光的SPD相差较大，不仅不包含短波紫外辐射，而且在400－800nm 波段光谱能量强度也无法与同波段的日光相匹配。日光型碳弧灯的 SPD在匹配度上有了一定提高，但目前在我国应用得较少。
氙灯光源的原理是氙气放电发光。用耐高温、热膨胀系数小的全透明石英制作灯管，在管内充有高纯度的氙气。氙灯的电光转化效率很高，色温在6000K左右，与太阳的色温相当。氙灯的辐射光谱分布范围很宽，自然光的紫外波段、可见光波段和近红外波段均能覆盖，另外在近红外有些分立的谱线。连续光谱部分的分布比较稳定，输入功率的变化几乎不会改变光谱特性；在寿命期内光谱能量分布也几乎不变。氙灯是现今最新、常用的光源，通过增加滤光片或更换滤光罩，可以较好模拟户外自然太阳光和透过窗玻璃的太阳光，并且发光效率高，寿命长。
卤钨灯是被简易型太阳光模拟器最多使用的光源。卤钨白炽灯是一种热辐射光源，发光原理是灯泡通过加热钨丝到高温来发光。温度越高，光线就越亮。卤钨灯灯泡内的气体为惰性气体（氙气或氪气）和卤素气体（溴气或碘蒸汽）；在高温下，灯泡壁上的钨丝与卤素作用，蒸发的钨会重新凝固在钨丝上，形成一个平衡的循环，这种热化学过程被称为“卤素循环”。这个过程延长了灯丝的寿命，使电能到光能的转换效率也较高。
（1） 卤钨灯的光谱集中在可见光和近红外光部分，即 300-2500nm 波段；
（2） 能产生平滑的光谱曲线；
（3） 输出稳定；
（4） 色温在 3000K 以上。
