200 mm x 200 mm AAA 稳态太阳光模拟器

型号 : SS-X200R-3A

SS-X200R 为光焱科技 2019 年全新开发 AAA 稳态太阳光模拟器
光斑面积为 200 mm × 200 mm,符合第三方国际计量标准 IEC 60904-9 与 ASTM E927 3A 等级,兼具光电器件伏安特性 (I-V Measurement) 检测专用光源及太阳能电池功率检测的太阳光模拟器。

高度机动的机台设计,可配合实验室需求,依据场所任意移动及自由调整出光方向(上下左右),也可与手套箱结合,以便各种领域之应用。高精度光强度调整功能,可透过精准的光强调整功能,进行不同光强度变化之测量。亦可搭配电表量测 0.1 mA to 1 A 电流值,适用于各式太阳能电池(钙钛矿太阳能电池、液态水解电池、有机太阳能电池、晶硅、染料敏化等)研发。
配置型号 配置项目 规格
SS-X200R 稳态太阳光模拟器
a. AAA 氙灯仿真器 (符合 IEC 60904-9 ed. 3, AM1.5G 1000W/m2)   注: 按照国际标准,光源
 3A 需要在垂直照射面量测。

b. 光谱范围: 300 ~ 1100nm
c. 1600W 氙灯光源
d. 照射方向: 标准型-垂直向下照射(可选配多角度照射)
e. 有效光斑面积: > 200 mm x 200 mm
f. 光谱不匹配度 < 25% A 级   (JIS / IEC / ASTM)
g. 辐照度不稳定性 <  2% A 级   (JIS / IEC / ASTM)
h. 辐照度不均匀性  <  2% A 级   (JIS / IEC / ASTM)
i. 辐照度范围: 优于 700-1200 W/m2 (PS 电源调整)
j. 快门 (Shutter): 机械快门,手动触屏控制或软件自动控制
k. 照射工作距离: 600 mm
l. 散热: 主动式气冷
m. 手调式连续变光强 IRIS
n. 准直角小于 5° 半角度
o. 人机操作接口
p. 过热自动保护装置
q. 安全锁: 灯源箱外盖打开时,自动关闭灯源
r. 灯源计时功能
s. 灯泡寿命:平均 1000 小时,保证 500 小时
t. 尺寸重量规格:灯箱,重量 55 Kg,尺寸 950mm x 550mm x 650mm   ,控制箱,重量 25Kg
,尺寸为 530mm
x 580mm x 300mm。
u. 电力系统:AC 单相 110 / 220 30A
X200R-IRIS 连续变光
(选配手/
自动)
a. 手动连变光强,可以连续调整光强度,0 - 1.2 sun,精度 < 2 %
b. 旋转解析约 28 圈转数,即 0 - 1.2 sun 需手动旋钮转动约 28 圈
多角度出光功能
a. 多个固定角度出光方向,可以实现:垂直、15度、30度、45度、60度、75度、水平出光
b. 通过固定切换档位,手动切换

选配型号 选配项目 规格
IVCT-24B 大电流测量源表
a. 电压量程:±90 V / ±50 V / ±20 V / ±1 V
b. 电流量程:±20 A / ±12 A / ±8 A / ±4 A / ±1 A
c. 可测试组件及电池片
d. A / D 转换:三信道同步,24 bit,同步测量电压、电流、辐照度
e. 最大测量点数/每条曲线:10000 最高
f. 精度:< 0.1%
g. 温度:k 型热电偶,分辨率 0.1 摄氏度
h. 数据采集时间:10 ms ~ 1000 ms
i. 可自动正、逆扫描测量
KA6000 量测软件 a. 适用于 Keithley 24XX mutimeter / Agilent 29XX 系列源表
b. 自动IV测量功能:可测量 Vmax / Imax / Isc / Jsc / Voc / FF / Pmax / Efficiency
/ Rs / Rsh 等参数

c. 多重迭图显示功能
d. Quick-note 功能
e. Semi-log IV 显示功能
f. 支持 NI GPIB、USB 及 RS232 联机
g. 支持阶梯测量与脉冲测量模式
h. 自动正反向扫描测试
i. 支持双阶段测量
j. 电流时间 I-T 测量功能
k. 测量前 Shutter 自动开关控制
l. 正装和倒装电池极性切换测量
m. 测量数据自动备份
n. 报表输出(JPG 及 CSV)
o. 树状式测试项目管理
p. 可汇入测量档案分析
B2901A 测量源表
a. Keysight B2901A SMU
b.  支持单信道配置
c.  最小电源精度:1 pA / 1uV;最小量测精度:100 fA /100 nV
d.  最大输出:210 V, 3 A 直流 / 10.5 A脉冲电流
e.  具备任意波形产生和数字转换功能,量测间隔为  20 us
SRC-2020 系列 标准电池
a. 2 cm × 2 cm 有效照光面积
b. 滤波片可选用(KG5、KG3、KG1、石英 滤波片)
c. 标准 lemon 接口
d. pt sensor 传感器
e. 校准报告:溯源到 NREL
◆ Enli Tech SS-X200R 符合IEC 60904-9 中AAA级太阳光模拟器标准 

IEC 60904-9 国际标准 A 级 Enli Tech SS-X180R
光谱匹配度 0.75-1.25 A
辐照不均匀度 2% A
时间不稳定度 2% A

◆ 光谱匹配度(Spectral Match) 
Enli Tech SS-X200R 200 mm x 200 mm AAA稳态太阳光模拟器,符合IEC 60904-9中光谱匹配度(Spectral Match)之A等级标准。光谱匹配度在六个指定光谱范围内(400-1100 nm),各范围的光辐照度比例皆为A等级,亦即每个光谱范围与标准光谱之偏离百分比必须在75%-125%之间


Wavelength Enli Tech SS-X200R AM1.5G Spectral Match Classification
400-500 nm 17.80 % 18.40 % 0.97 A
500-600 nm 19.10 % 19.90 % 0.96 A
600-700 nm 18.77 % 18.40 % 1.02 A
700-800 nm 14.01 % 14.90 % 0.94 A
800-900 nm 14.25 % 12.50 % 1.14 A
900-1100 nm 16.06 % 15.90 % 1.01 A

◆ 辐照不均匀度(Non-uniformity of irradiance)
辐照不均匀度是指太阳光模拟器在指定测试区域的辐照度需达到一定的均匀性;此指针是太阳光模拟器技术指针中最具挑战的要点指针,如果太阳光模拟器的辐照不均匀超过标准规范的限制,则会大幅影响待测器件的输出特性与效率,因此,若要达到等级的规范十分严苛,辐照不均匀度需≤2%
Enli Tech SS-X200R 稳态太阳光模拟器,符合IEC 60904-9中辐照不均匀度(Non-Uniformity of Irradiance)之A等级标准。

◆ 时间不稳定度(Temporal instability)
时间不稳定度,亦为稳定度指针,要求太阳光模拟器输出光束长时间保持稳定的光照度,以确保灯的波动不会影响到太阳能电池效率测量的准确性。
Enli Tech SS-X200R 稳态太阳光模拟器,符合IEC 60904-9中时间不稳定度(Temporal Instability)之A等级标准≤2


◆ 高机动性能,可整合至手套箱
可搭配您的样品型态、实验需求、场所位置,自由调整出光方向,上下左右出光,完美整合在手套箱或液态电池样品盒。

向上出光
左右出光
 

   


多角度变换示意图:




ss-x200r-3a-07.png

如何进行变光强测量与分析
过去几年通过大量超快光电测量技术进行OPV复合动力学实验研究以及对J-V曲线详细的建模分析,双分子复合现在已被广泛接受为BHJ OPV中主要的复合机制。这些研究成功地建立了双分子复合机制与几个重要的OPV特性参数之间的关系(如VOC,FFs和二极体理想因数)。 通过这些关系,使我们可以根据简单的J-V曲线测量结果来彻底分析OPV器件内部发生的损耗。Koster和同事已经找到了Jsc与光强度的简单关系并发表在2001年的Adv. Mater. 期刊上,其关系为: J_SC∝I^α  ; I^α  是照射光强度。一般来说,当α等于1时,双分子复合的影响可以忽略不计。(Ref. 1)

如何进行变光强测量
首先选择一个AAA等级模拟器是最基本的,依据国际电工法规IEC60904-9,三个A分别代表光谱匹配度、辐射照度不均匀度、时间不稳定度,如下表。

IEC60904-9 characteristic 标准 A级范围 SS-F5-3A 等级
光谱匹配度 0.75-1.25 A
辐照不均匀度 2% A
时间不稳定度 2% A


其次,目前有几种调变光强的方式: 金属滤网法、中性光强衰减滤片法、电源输出调整法、光通量调整片等方法,小编之后再整理相关优缺点,再跟大家报告、分享。进行测试前,调整到所需的光强度,需要使用光强度标准电池做强度的校准,调校好强度后再进行J-V的测量。

为了进行有效的光强调变测量J-V曲线实验,有两点须特别注意,会显著影响拟合结果:
光强度的校准:
校准用的标准电池需要有好的感光线性度,并且需要有满足溯源SI单位制的校准报告,才能保证在各个不同光强的强度值是正确,得到准确的 J_SC∝I^α关系。溯源的要求目前也是Nature自然期刊投稿时的必备要求。(Ref. 4)
光强度的数目:
光强度的条件数目太少,后续的拟合的结果误差容易偏大,建议最好是可以从0.01 sun ~1 sun的范围内,最少有15个光强度,配合准确的光强度校准,可以得到可靠的拟合。


ss-3a_19128.png


▲图六 理论值α≦1,如果调变光强条件的数目较少,拟合的结果误差较大, 使得拟合结果会有超过α≧1的风险产生(Ref. 5) 

下图七为例,测试有机太阳电池在20个不同光强度下的短路电流密度;通过准确光强度校准还有足够的资料点,拟合结果α=0.9889,拟合的R平方值=1,代表拟合的曲线与资料完全符合。
 
▲图七20个不同光强度下的短路电流密度拟合。

如何利用Excel 来做拟合
使用光强调变技术分析双分子复合机制的方法,特点就是简单、方便、易做。原先小编听到需要对实验资料做拟合,就心生却步。实际上小编通过Excel,无需自行撰写公式就可以轻松达到有效拟合。步骤如下。



▲图八 首先将短路电流对光强度做图(换算成太阳光强度, 1 sun= 1000W/m2),并将XY坐标轴都设定为对数。将滑鼠移到图表上的资料点,点击右键,选择”加上趋势线”。


▲图九 在右方选择”乘幂”趋势线,并勾选”显示公式”与”显示R平方值”,如此就完成了J_SC∝I^α的拟合,得到拟合结果α=0.9889,拟合的R平方值=1。


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参考文献:
Ref. 1. L. Jan Anton Koster, Martijn Kemerink, Martijn M. Wienk, Klará Maturová, René A. J. Janssen Quantifying Bimolecular Recombination Losses in Organic Bulk Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 23, 1670 (2011)
一下就懂!太阳光模拟器基础原理

为何要使用太阳光模拟器!?
跟真实的太阳光有甚么不同!?
3A级太阳光模拟器,哪3A!?

Enli Tech光焱科技 AAA稳态太阳光模拟器(AAA Solar Simulator),适用于各种太阳能电池、钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells)效率测试,结合独家设计,可自由调整出光方向,完美整合在实验室手套箱或液态电池样品盒。

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The following documents are available for download:

    一下就懂!太陽光模擬器原理簡介