大面積太陽(yáng)模擬器輻照不均勻度A級(jí)指標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李文

(1.電子信息測(cè)試技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蚌埠，233010；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所，安徽蚌埠，233010)

0 引言

太陽(yáng)模擬器是在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)不同大氣質(zhì)量條件下太陽(yáng)輻照特性的一種試驗(yàn)或定標(biāo)設(shè)備，是太陽(yáng)電池測(cè)試系統(tǒng)中不可或缺的一部分。為方便工業(yè)流水線太陽(yáng)電池快速測(cè)試需要，對(duì)下打光2m×1.1m的大面積太陽(yáng)模擬器輻照不均勻度指標(biāo)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。確定了AM1.5G濾光片+勻光玻璃的設(shè)計(jì)思想，氙燈光源采用漫射方式，經(jīng)勻光玻璃特殊涂層進(jìn)行濾光，使太陽(yáng)模擬器輻照不均勻度優(yōu)于±2%的A級(jí)要求。

1 太陽(yáng)模擬器等級(jí)劃分

IEC60904-9：2007標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)太陽(yáng)模擬器等級(jí)規(guī)范規(guī)定分為三個(gè)等級(jí)，如表1所示[1]。太陽(yáng)模擬器等級(jí)以這三個(gè)指標(biāo)中最差等級(jí)評(píng)判，A級(jí)指標(biāo)意味著三個(gè)重要指標(biāo)全部滿足才達(dá)到A級(jí)。

表1 太陽(yáng)模擬器的等級(jí)

2 大面積太陽(yáng)模擬器光機(jī)結(jié)構(gòu)

光路結(jié)構(gòu)本著結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、部件便于加工、成本低等原則設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了雙脈沖氙燈下打光的太陽(yáng)模擬器光機(jī)結(jié)構(gòu)，檢測(cè)面積為2m×1.1m，如圖1所示。雙氙燈采用高功率氙燈，確保測(cè)試臺(tái)面足夠輻照強(qiáng)度；加裝AM1.5G濾光裝置，腔體內(nèi)部噴涂抗輻射的特殊反光涂層。再經(jīng)過(guò)中間特殊勻光裝置的勻光，使到達(dá)測(cè)試臺(tái)面的輻照不均勻度將優(yōu)于±2%以內(nèi)的A級(jí)的要求[2]。

圖1 大面積太陽(yáng)模擬器光機(jī)結(jié)構(gòu)

3 A級(jí)光譜匹配度指標(biāo)

A級(jí)輻照不均勻度指標(biāo)實(shí)現(xiàn)必須保證光譜匹配度首先達(dá)到A級(jí)設(shè)計(jì)要求。脈沖氙燈的輻照度光譜與標(biāo)準(zhǔn)AM1.5太陽(yáng)光譜存在一定的差異，需要增加AM1.5G濾光片進(jìn)行光譜修正。為確保氙燈穩(wěn)定，在側(cè)面加裝了散熱用的風(fēng)扇裝置。

太陽(yáng)模擬器光源與太陽(yáng)光各波段光譜匹配情況如表2所示，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)模擬器光譜匹配度為0.898～1.120，優(yōu)于0.75～1.25的A級(jí)要求[2]。

表2 大面積太陽(yáng)模擬器各波段分布

4700～800 14.9% 15.1% 1.011 5800～900 12.5% 11.7% 0.938 6 900～1100 15.9% 14.6% 0.916

4 A級(jí)輻照不均勻度指標(biāo)實(shí)現(xiàn)

針對(duì)大面積太陽(yáng)模擬器的光機(jī)結(jié)構(gòu)，采用仿真軟件對(duì)光機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行輻照度仿真，軟件設(shè)置對(duì)一千萬(wàn)條光線進(jìn)行追跡，仿真結(jié)果如圖3所示。輻照分布圖曾現(xiàn)氙燈周圍強(qiáng)，遠(yuǎn)離氙燈位置弱。

圖3 大面積太陽(yáng)模擬器輻照度分布仿真圖

針對(duì)仿真情況，大面積太陽(yáng)模擬器的輻照不均勻度指標(biāo)實(shí)現(xiàn)主要對(duì)勻光板進(jìn)行噴涂特殊涂層。大面積太陽(yáng)模擬器勻光裝置采用超白布紋玻璃，起到勻光擴(kuò)散作用。布紋玻璃實(shí)現(xiàn)將入射光充分散射，實(shí)現(xiàn)更柔和、均勻的照射效果。中間選擇性布置濾光涂層。濾光涂層與測(cè)試臺(tái)面位置一一對(duì)應(yīng)，針對(duì)輻照強(qiáng)的區(qū)域，濾光層加粗，針對(duì)輻照弱的區(qū)域，濾光層稀疏。經(jīng)過(guò)勻光處理，采用125mm×125mm晶硅電池對(duì)大面積輻照面進(jìn)行多達(dá)100個(gè)區(qū)域輻照度檢測(cè)，輻照不均勻度達(dá)到±1.6%。滿足A級(jí)設(shè)計(jì)要求[3]。

5 結(jié)論

設(shè)計(jì)了基于雙脈沖氙燈的大面積太陽(yáng)模擬器光機(jī)結(jié)構(gòu)，采用脈沖氙燈加裝AM1.5G濾光片實(shí)現(xiàn)光譜匹配度達(dá)到A級(jí)要求，勻光玻璃噴涂濾光涂層達(dá)到A級(jí)輻照不均勻度指標(biāo)要求。為進(jìn)一步研制大面積太陽(yáng)模擬器以及提高輻照不均勻度指標(biāo)具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]IEC standard 60904-9: Solar simulator performance requirements. Photovoltaic Devices. International Electro-technical Commission, Switzerland, 2007.

[2]韓國(guó)華,朱文星,朱炬等.大面積寬光譜太陽(yáng)模擬器光譜匹配均勻度技術(shù)研究[J].半導(dǎo)體光電，2016，37（5）：746-749.

[3]韓國(guó)華,朱文星,李文等.一種大面積太陽(yáng)模擬器勻光裝置及其制造方法:中國(guó),201410475879.5[P].2014-12-10.