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AAA级太阳光模拟器

发布时间:2024-04-03 来源:科迎法

上海科迎法电气推出的 AAA级太阳光模拟器,按 IEC 60904-9 的分级方法设计,把光谱匹配度、辐照不均匀性与时间不稳定性三项指标同时做到 A级。等级在这里不是一句宣传口径,而是三项可测指标共同支撑的结果:光谱要贴住标准太阳光的辐照度分布,光斑内的能量要摊得足够平,长时间出光的强度还要稳得住。设备覆盖小面积科研与电池片级两个规格段,光斑尺寸、光源功率与适配片型按被测件选择,用于电池片与组件的效率测量、科研教学与来料比对。

AAA级太阳光模拟器产品实拍

产品定位

AAA级是太阳光模拟器分级体系里三项指标同时达 A 的组合,对使用者意味着同一台设备在光谱、均匀性与稳定性上都不必让步。光伏器件效率的测量对光照条件极为敏感,光谱偏一点、光斑差一点、强度飘一点,效率结果都会随之偏移,分档与横向比对也就失去共同基准。本系列面向既要小面积精测、又要片级批量测量的实验室与产线验证场景,把三项指标一并做到 A级,让不同批次、不同被测件之间具备可比性。设备按 IEC 60904-9 设计,等级口径与校准方法一致,出厂前完成校准并随附报告。选型时真正要回答的其实只有两个问题:需要多大的光斑,以及被测件属于哪一类。想先看全系列机型,可从太阳光模拟器总览进入。

技术参数

本系列两款机型覆盖 100mm 与 220mm 两个光斑档位,参数对照如下。

参数项100mm 级光斑机型220mm 级光斑机型
光斑尺寸50×50 / 70×70 / 100×100mm220×220mm
光谱等级AAA 级AAA 级
光谱区间380–1100nm380–1100nm
辐照度1000W/m²1000W/m²
光源300W 氙灯1000W 氙灯
适配对象晶片、小面积电池片、科研教学单晶电池片 G1/M6/M10/G12(158.75 / 166 / 182 / 210mm)
出光方向可做垂直向下、水平等方向可做垂直向下、水平等方向
均场方式阵列式透镜组加复眼透镜的双复眼组合阵列式透镜组加复眼透镜的双复眼组合
校准依据JJF1615-2017《太阳模拟器校准规范》JJF1615-2017《太阳模拟器校准规范》
常用选配手套箱、光强调节光圈、电流表(可测 0.1mA~1A)按测量需求选配
供电条件按现场电力条件确认按现场电力条件确认

要把本系列与其他机型的规格放在一起对照,可参见太阳光模拟器产品中心。

三大核心指标与光谱等级

等级体系由三项指标共同决定,三项都达 A 才称得上 AAA级,其中任何一项掉档,整体级位就随之下调。三项的判据与测量方法一致,都依据 IEC 60904-9 与 JJF1615-2017《太阳模拟器校准规范》执行。

光谱匹配度

光谱匹配度看的是模拟器输出光谱与标准太阳光辐照度分布的贴合程度,比对按规定的波段划分逐段进行。氙灯从紫外到近红外连续发光的特性与太阳光在可见区十分接近,因此成为本系列的核心光源;再配合滤光片与光路设计,把各波段的能量比例修到标准分布附近。光谱贴合度越高,同一块电池在不同设备上测出的短路电流越接近,跨设备的数据才有比较价值。本系列两款机型在该项上均达 A级。

辐照不均匀性

辐照不均匀性描述的是有效辐照面内不同位置的照度差异。电池片本身就是一个面,光斑内能量分布不均时,同一片的不同区域收到的光子数不同,测出的效率会偏低、重复性也差,严重时直接导致分级错误。本系列采用阵列式透镜组加复眼透镜的双复眼组合做均场,把光源的原始光场分割成多份再重新叠加,光斑边缘的能量外溢随之收窄。辐照面越大,均场的难度越高,这正是光斑尺寸需要与被测件匹配的原因。

时间不稳定性

时间不稳定性衡量规定时间间隔内辐照度的起伏幅度。它直接关系测量结果能不能重复:出光强度若在测量窗口内缓慢漂移,同一片电池先后两次测出的电流就不一致,来料比对与效率分档都会受影响。稳住这一项要从光源供电、灯管状态补偿与散热三处同时着手,让灯管在稳定工作点持续放光,测量动作落在强度平稳的区间内完成。三项指标里,这一项最考验整机的电气与热设计功底。

两款机型的等级一览:光谱匹配度、辐照不均匀性与时间不稳定性均为 A级,整体为 AAA级。样品形态差异较大、需要判断选哪一档时,可参考AAA级太阳光模拟器适合测什么样品。

光源与光学系统

光源以短弧氙灯为核心,它在 200–2000nm 之间连续发光,可见光区的能量分布与太阳光谱相当接近,是长时间稳定出光的合适选择。围绕灯管配置反光碗、基板结构架、触发器模组、温度冷却模块与滤光片,反光碗的曲率按目标光斑选配,把灯管发出的光收拢到指定形状。光学系统用 LightTools 专业软件做设计,小面积偏准直与聚焦形式,大面积偏准直覆盖,出光方向可做垂直向下或水平,以便与样品台、夹具的摆放方式配合。均场由阵列式透镜组加复眼透镜的双复眼组合完成,透镜把光束分割后重新叠加,在不牺牲光通量的前提下把光斑压平。

电气控制与安全保护

电气部分由开关电源、继电器、空气开关、交流接触器与浪涌保护器构成,柜内另设温控,保证元器件处在允许温度区间。控制逻辑围绕出光时序与强度稳定展开:设备按设定时序点亮灯管,等强度进入平稳区间后再触发测量,避免在爬升段取数。安全设计分人员与设备两条线:灯源箱外盖打开时自动切断灯源,防止强光外泄伤眼;柜内的温度传感器与自锁装置在异常升温时触发保护动作;风扇断电后延时散热,把灯管与电源模块的余热排尽。升降与倾角系统按光斑尺寸与测量高度配置,方便调整样品面到出光口的距离。

可选配置

  • 手套箱,用于无水无氧环境下的样品测量
  • 光强调节光圈,用于连续改变样品面辐照度
  • 电流表,量程覆盖 0.1mA~1A,便于读取小电流样品
  • 太阳能电池测量系统,读取开路电压、短路电流等参数
  • 出光方向调整方案,按样品摆放与操作方式确定
  • 样品定位与温控台,减少片间位置与温度差异
  • 滤光组件,按目标光谱匹配度选配
  • 升降倾角装置,按测量高度与光斑尺寸配置

以上为较常用的选配组合,最终配置按被测件规格与测试方式确定,未列入的需求可单独协商。

应用场景

主场景是光伏器件效率的测量与分档。电池片产线在工艺变更、来料切换或成品分级时都需要一个稳定的光照基准,按 AAA级指标出光的设备让同批与跨批的数据具备可比性。科研与教学场景看重小面积精测,100mm 级光斑可覆盖晶片与小面积电池,配合光强调节光圈改变入射能量,用于器件响应特性的研究。来料比对场景下,供方与需方使用同一等级的测量条件,量值差异才能被真实量化。组件级测量则把 220mm 级光斑与片型适配能力用上,覆盖 G1/M6/M10/G12 等主流规格。需要按被测件形态细化方案时,可参考光伏电池片太阳光模拟器。同类项目的做法,可参见太阳光模拟器行业应用案例。

配套系统

与测量直接相关的是太阳能电池测量系统,可读取短路电流、开路电压、最大功率、填充因子与效率等参数,支持正向与逆向扫描、暗电流测量与数据导出,结果能直接进入分档规则。对水氧敏感的样品可整合手套箱,锂电、半导体与 OLED 类器件在箱内完成取放与测量,避免环境因素干扰结果。样品台按被测件尺寸配置定位与温控,减少片间位置偏差与温升漂移。三项指标如何拆分理解、如何与被测件的测试要求逐项核对,需要在方案阶段一并确认。

选型参数怎么看

本系列的型号本身就是一份规格摘要,读懂它就能判断一台设备的定位。型号由若干段组成,依次是品牌代号、产品系列、光斑尺寸、光谱等级、光谱类型与末尾序号:光斑尺寸段以 M 为单位标注,数字越大代表有效光斑越大,0.1M 对应 100mm 级、0.22M 对应 220mm 级;光谱等级段用字母代号标注三项指标同时达到的档位,写作 3A 即代表光谱匹配度、辐照不均匀性与时间不稳定性三项全部为 A级;光谱类型段则标明该机按标准测试光谱设计。把这几段读懂,不看参数表也能大致判断设备定位。选型从被测件尺寸出发:小面积样件选 100mm 级,整片电池选 220mm 级;再确认光谱区间能否覆盖器件的响应波段;最后按测量方式确定出光方向、可选配件与供电条件。与标准光谱机型之间的分工,可见AM1.5G标准光谱太阳光模拟器。型号读懂之后,具体用途上的电池片测试见光伏电池片太阳光模拟器。

选型须知与常见问题

Q1:AAA级到底意味着什么?

A:它是三项指标同时达 A 的组合。光谱匹配度、辐照不均匀性与时间不稳定性各自按 IEC 60904-9 的判据测量,三项都在最高档,整体才记作 AAA级;任何一项掉档,级位就随之下调。

Q2:三项都要做到 A级,难在哪里?

A:难在同时满足。光谱修得越准,可用光通量往往越低;均场做得越平,光路越复杂;长时间出光还要靠供电与散热稳住强度。三项相互牵制,需要整机层面的协同设计。

Q3:光源功率越大越好吗?

A:不一定。300W 与 1000W 两种配置对应不同的光斑尺寸,功率要与光斑面积匹配,才能在样品面得到目标辐照度。小光斑配大功率,反而增加散热与均场的负担。

Q4:光斑该选 100mm 级还是 220mm 级?

A:看被测件尺寸。晶片与小面积电池选 100mm 级即可;整片单晶电池选 220mm 级,才能把 G1/M6/M10/G12 等片型完整覆盖,避免边缘落在光斑之外。若同一台设备要兼顾两类样件,需要按主要用途取舍,或与方案人员确认折中口径。

Q5:380–1100nm 的光谱区间够用吗?

A:对晶硅电池的效率测量足够。该区间覆盖了晶硅器件的主要响应波段,两款机型均按此配置;若被测器件的响应波段不同,需在选型阶段提出。

Q6:辐照度可以调到别的数值吗?

A:可通过选配光强调节光圈改变样品面照度,本系列标配条件下的辐照度为 1000W/m²。具体调节范围与使用方式在方案阶段确认;需要固定某一照度长时间测量时,建议在方案阶段说明目标值与允许偏差。

Q7:手套箱是必须配的吗?

A:不是。只有对水氧敏感、需要惰性气氛的样品才需要整合手套箱;常规电池片测量在开放样品台上完成即可,是否需要由被测器件的工艺要求决定。

Q8:怎么确认设备交付时真的达 AAA级?

A:靠校准。设备出厂前依据 JJF1615-2017《太阳模拟器校准规范》完成校准并随附报告,三项指标的实测值记录在案,验收时可核对报告与现场复测结果。

对等级判据与常见分歧还想深入了解的,可参考怎么判断太阳光模拟器是不是真的AAA级。

交付、安装与售后

设备生产遵循公司统一的制造流程,从产品设计、图纸审批、外购件采购、来料检验,到装配调试、性能校正、质量检验与包装发货,逐环节留存记录;出厂前完成校准并随附校准报告。现场安装时协助设备就位、光斑对位与联调,样品台高度与出光距离按实际测量方式一并调整。售后提供技术支持与响应机制,质保期内完整售后,质保期外可提供上门服务,并覆盖设备全寿命周期的保养维护,灯管等易损件可按需补充。要把光斑尺寸、光源功率与选配方案定下来,可参考太阳光模拟器选型咨询与报价。样品类型、等级要求与交期可联系科迎法匹配。

相关案例与推荐

AAA级太阳光模拟器的典型用法是器件效率测量、来料比对与科研教学,相关项目可参见太阳光模拟器应用案例。三项指标为什么必须一起看、等级判据具体怎么落地,见AAA级太阳光模拟器三大指标。

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