50 mm x 50 mm AAA稳态太阳光模拟器

型号 : SS-F5s

SS-F5s为光焱科技依据IEC 60904-9 ASTM E927国际标准所研发设计的A+AA+级太阳能模拟器,用以测量太阳能电池效率,其光斑大小为 50 mm x 50 mm。采光纤导光功能,可配合实验室需求,依据场所任意移动,并自由调整出光方向,便于应用各种领域,也可与手套箱结合。可搭选配光强度调正光圈来做自动光强度变化量测。模拟器搭配电表可量测 0.1 mA ~ 1A 电流值,适用于各式太阳能电池研究开发。

项目 规格
稳态太阳光模拟器 a. 照射面积:50 mm × 50 mm方形光斑
b. 光谱匹配度:AM1.5 G,<12.5%,A+级
c. 辐射空间均匀性:<2%,A级
d. 时间不稳定性:<1%,A+级
e. 照射模式:光纤导光模式
f. 高耐热光纤1米
g. 均光系统与光源系统分离设计
h. 300 W氙灯灯源
i. 准直角度:1度半角
j. 关机延迟冷却系统
k. 可整合手套箱使用
l. 辐射强度:优于1个太阳,最高可达1200 W/m2
m. Shutter开关
n. 过热自动保护装置
o. 辐射方向:上下左右四个方向
p. 彩色触摸屏控制
q. 非线性出光控制器,步进电机精密控制
r. 光强变化范围0-100 %
s. 光强变化精度1 %
t. 最小可达0.02 sun
u. 光强线性自动校准制
v. 自定义多段变光强自动测量(需搭配KA5000)
w. RS232通信接口


选件型号 选件项目 规格
IVS-KA5000 测量软体 a. EQE测量波长扩展300-1800 nm
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. 多重叠图显示功能
d. Quick-note功能
e. Semi-log IV显示功能
f. 支援NI GPIB、USBRS232连线
g. 支援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. 测量资料自动备份
n. 报表输出(JPGCSV)
o. 树状式测试专案管理
p. 可汇入测量档案分析
2901A 测量源表 a. Keysight B2901a SMU
b. 支援单通道配置
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位转换功能,量测间隔为 20 us
IVCT 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:三通道同步,16 bit,同步测量电压、电流、辐照度。
e. 最大测量点数/每条曲线512
f. 精度<0.1%
g. 温度:k型热电偶,解析度0.1摄氏度
h. 资料获取时间:10 ms~1000 ms
i. 可自动正、逆扫描测量
SRC-2020 标准电池 a. 2 cm × 2 cm有效照光面积
b. KG5滤波片(KG3、KG1滤波片
c. 标准lemon介面
d. pt sensor感测器
e. 校准报告:溯源到NREL
ES-S6 薄膜电池样品台 a. 标准薄膜电池样品台
b. 2组晶片夹电极
c. 4线法测量香蕉接头
d. 6段切换开关
SS-ST-SI 镀金平板测量样品台 a. 6寸标准晶矽测量样品台
b. 铜镀金平台
c. 两段式真空吸附功能
d. 7 L/min吸附能力真空泵
e. 两组Z轴探针座
f. 探针两根
g. 针尖0.5 mm
h. 标准电池水准固定平台
i. 4个高度水准调整Z轴座,调整范围30 mm
j. BNC介面
k. 4线法量测
SS-GI-DOWN 手套箱用反向样品台 a. 适用于光源从下向上照射
b. 载台尺寸 220 mm x 234.2 mm
c. 载台主体为铁材加上烤漆处理
d. OPV专用夹具一套
e. 最大支持子电池6个,电池间距2.54 mm
f. 标准电池专用固定座
g. 绝缘电线保护盖板
h. 标准DB26同轴电缆传输介面,电缆最大耐电流2 A,KF40法兰密封
i. 四线接法量测
j附有手把方便移动
k. 单一排线完成手/自动讯号传输
l. 夹具附有磁座能随意变换固定
m. 载台主体附有对准线辅助定位
n. 夹具可一次对位多个电池位置

o. 适用于手动切换盒

p. 适用于自动切换盒

SS-GI-DB 手套箱用反向背探针样品台 a. 适用于光源从下向上照射
b. 载台尺寸220 mm x 200 mm
c. 载台主体为铝材加上喷砂阳极处理
d主体厚实稳固,量测平整度高,降低量测高度误差
e. 专用背压夹具一套
f. 夹具附有多支专用弹簧针,一次对位元多个电池位置,根据使用者样品定制探针位置
g. 最大支持样品尺寸:20 mm x 20 mm x 2 mm
SS-GI-PB 手套箱用简易探针样品台 a. 适用于光源从下向上照射
b. 载台尺寸约402 mm x 230 mm x 41.6 mm
c. 载台主体为金属材加上喷砂阳极处理
d. 主体厚实稳固,量测平整度高,降低量测高度误差
e. 专用Z轴探针台2座,2铍铜探针
f. 可支源SRC2020标准电持量测
g. 最大支持样品尺寸:10 x 10 cm
h. 电池间距任意
i. 载具对位灵活性高,偏差小
GIV-M6 手动样品切换盒 a. 尺寸:195 x 185 x 60 mm(长宽高)
b. 标准4 mm香蕉介面
c. 标准DB26同轴电缆传输介面
d. 香蕉介面可转BNC介面使用
e. 电缆最大耐电流2 A
f. 香蕉介面最大耐电流10 A
g. 全铝制外壳
h. 六通道样品IV量测+标准电池量测共 +RTD通道最大8通道量测
i. 支援标准电池RTD温度通道
j. 支援2线/4线式量测方式
k. 方便切换通道系统操作
l. 附有标准4 mm香蕉接头同轴缆线
GIV-A8 8通道自动切换盒 a. 尺寸:220 x 263.6 x 179 mm (长宽高)
b. 标准4 mm香蕉介面
c. 标准DB26同轴电缆传输介面
d. 香蕉介面可转BNC介面使用
e. 电缆最大耐电流2 A
f. RS232RS485串口传输
g. 接点最大耐电流10 A
h. 最大8通道连续自动IV量测
i. 电脑可控多点切换量测IV
j. 支援标准电池RTD温度通道
k. 可选择2线/4线式量测方式
l. 支援传输Baud Rate 2400、4800、9600、19200、38400
m. 支援Modbus RTU格式
n. 可以设置0-255个设备位址,5位元位址拨码开关可以设置1-31位址码,大于31的可以通过软体设置
o. 具有闪开、闪断功能,可以在指里边带参数、操作继电器开一段时间自动关闭;具有频闪功能,可以控制器继电器周期性开关
p. 高速通道切换能力,最大可达100 ms切换时间
q. 通道Relay隔离接点
r. 可顺序启动模式,流水回圈模式,跑马回圈模式
s. 32Relay控制板,触点输出,可设置位址0-255,多机级联
SS-GI-FB 手套箱内置整合光纤管 a. 3米长光纤管
b. BNC法兰密
c. 防漏气设计
供电要求 a. 110/220 V
b. 10 A 
c. 单相供电
d. 50/60 Hz


◆ Enli Tech SS-F5s 符合IEC 60904-9A+AA+级太阳光模拟器标准

IEC 60904-9 国际标准 A+ A Enli Tech SS-F5s
光谱匹配度 0.875-1.125 0.75-1.25 A+
辐照不均匀度 1% 2% A
时间不稳定度 1% 2% A+

◆ 光谱匹配度(Spectral Match) 
Enli Tech SS-F5s 稳态太阳光模拟器,符合IEC 60904-9中光谱匹配度(Spectral Match)A+等级标准。光谱匹配度在七个指定光谱范围内(300-1100 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87.5%-112.5%之间。

Wavelength Enli Tech SS-F5s AM1.5G Spectral Match Classification
300-400 nm 5.98 % 5.66 % 1.06 A+
400-500 nm 17.97 % 17.32 % 1.04 A+
500-600 nm 18.50 % 18.77 % 0.99 A+
600-700 nm 17.26 % 17.31 % 1.00 A+
700-800 nm 12.87 % 14.08 % 0.91 A+
800-900 nm 11.87 % 11.77 % 1.01 A+
900-1100 nm 15.54 % 15.10 % 1.03 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-F5s 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-F5s 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≤1%

◆ 非线性光强调节
可透过精准的光强调整功能,光强调节范围0%-100%,进行不同光强度变化之测量。

◆ 高机动性能,可整合至手套箱
光纤导光设计,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。

▼向上出光示意图
▼向下出光示意图
 

   

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。


声明:
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本文主要参考上下所列文献,图文与视频仅用于相关科学作品介绍、平率或教学及科学研究,不得作为商业用途。如有任何版权问题,请随时与我们联系。

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)


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