用LED光源配置钙钛矿模拟器

PERC、TOPCon、SHJ（HJT）、IBC…，当各种晶硅电池技术百花争艳时，一种未来的薄膜电池技术 – 钙钛矿电池，被认为代表了一种真正的"一步变化"电池技术,其效率远远超过传统光电池，正迅速引起全球光伏的关注。

2023年5月,牛津光电Oxford PV的钙钛矿叠层电池达到了28.6%的效率纪录，结果被德国弗劳恩霍夫实验室证实。然而，由于钙钛矿对光谱的响应与晶硅有很大不同，钙钛矿电池的弱光效应更是远优于晶硅。在异质结和TOPCon技术出现时，光伏界就针对其与PERC的不同开发了专门针对新技术的测量装置。

如何将钙钛矿的不同体现在效率测量的优势上，以公平地比较钙钛矿电池与传统晶硅电池。包括Fraunhofer研究院在内的众多光伏测试机构都认为，开发一套适合钙钛矿电池的测量装置已势在必行，尤其是测量装置的稳定功率输出(SPO)。

Fraunhofer ISE光伏技术部主任 Stefan Glunz 教授对此表示，现在钙钛矿-硅叠层太阳能电池和组件的工业生产准备工作已经在全球范围内进行。尽快为这项新兴技术为电池提供高精度和可重复的测量非常重要，这样才能进行客观的竞争。

测试挑战

对于钙钛矿 - 硅太阳能电池和组件的表征，对光谱响应就需要做深入的研究。通常认为，钙钛矿层对短波长光有更好的响应，对长波长光吸收较少；晶硅电池则对长波长的可见光部分有更好的响应。叠层电池的原理就是利用了这两种电池对光谱的不同响应。

然而，用于晶硅光伏测试的传统脉冲式模拟器因为无法可变地调整叠层电池转换为电能的光谱而无法使用。此外，传统脉冲模拟器的闪光照明时间太短，无法解释子电池之间的影响。

对于钙钛矿技术的亚稳态行为，太阳能电池和组件必须在连续光照下进行测试。为了能够测量钙钛矿叠层电池，需要全面了解所包含的太阳能电池。所有电池层都必须在尽可能准确的模拟阳光照射条件下用不同的光源照射，以便对整个电池的效率做出可靠的表征。

2023年5月，《全球光伏》报道了☞☞ Fraunhofer成功开发钙钛矿电池太阳能模拟器的消息。该模拟器波长范围从320 到 1650 纳米不等，远宽于普通的晶硅光伏太阳能模拟器。经校准后，能测量面积为 5 x 5 毫米的实验室电池和2.40x1.30米的光伏组件。

新模拟器采用了40个光源上，共18400个 LED，有 28个不同的光谱可调光通道，能均匀地照射整个电池/组件的表面，确保所有的电池层都被真实地激活了。

9月12日，据PV-Mag报道，Eternal Sun也开发了一款基于LED光源的钙钛矿测试用稳态模拟器，通过光波长与双端子钙钛矿串联装置相互作用完成测试。Eternal Sun目前正在编写一份白皮书,探讨发光二极管在钙钛矿电池测量中的最新应用。

要准确测量钙钛矿器件中的SPO，需要:

-通过约2-10分钟的光浸润对器件进行预处理，以实现稳定。

-连续照明下的多峰功率追踪-最常用的方法是在适当的扰动和步进间隔下使用"扰动和观察"法。

-慢IV曲线测量大约1分钟，以稳定的输出值(如ISC，Voc等)。可以克服滞后效应。

-应用暗(夜)周期来产生精确的组件功率测试值。

-高水平温度和光照不均匀性(<-4℃、<2%)，因为变化会导致不同的测量结果。

-能够校准钙钛矿叠层电池的光源 - 特别是在双端子电池的情况下。

-温度控制(25C)，以避免半导体层的不同温度系数影响精确测量。

从实验室到工厂

用于测定钙钛矿-晶硅叠层的工业测试标准的编制正在顺利进行，即TR63228。

IEC TR 63228:2019概述了对新兴光电技术，特别是OPV、DSC和PSC设备性能评价的看法。这些设备对根据现有的独立选举委员会60904系列标准进行精确测量提出了一些挑战，尽管是在晶硅太阳能电池的背景下开发的。

对不同的测试对象来说，这些挑战可能是不同的，但通常是由于下列一种或多种情况：

- 执行情况长期不稳定;

- 不寻常的光谱响应;

- 设备尺寸小;难以测量温度;

- 对外部刺激的暂时反应;

- 光学干扰效应;

- 对辐照度的非线性电流响应。

这些挑战可能导致实验室测试中的电池输出功率与实际应用中观察到的输出功率有很大不同。但好消息是，行业规范变得越来越清晰,并被标准所采用。目前中国相关企业如北京德雷射科、台湾光焱科技、陕西众森等都已开发出针对钙钛矿器件功率测试的模拟器。