70 mm x 70 mm AAA 稳态太阳光模拟器

型号 : SS-F7-3A

SS-F7-3A为光焱科技依据IEC 60904-9ASTM E927 国际标准所研发设计的AAA级太阳能模拟器,用以测量太阳能电池效率,其光斑大小为 70 mm x 70 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 ~ 1 A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:70 mm × 70 mm方形光斑
b. 光谱匹配度:AM1.5 G,<  25%,A 级 (JIS / IEC / ASTM)
c. 辐射空间均匀性:< 2%,A 级 (JIS / IEC / ASTM)
d. 时间不稳定性:<  2%A 级 (JIS / IEC / ASTM)
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:度半形
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   1300 W/m2
m. Shutter 开关
n. 过热自动保护装置
o. 辐射方向:上下翻转和左右翻转照射,固定支架
p. 3.5 彩色触控式荧幕控制,PLC 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. 自订多段变光强自动测量
w. Rs232 通信介面

选件型号 选件项目 规格
IVS-KA5000 测量软体 a. EQE 测量波长扩展   300-1800nm
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、USB 及 RS232 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(JPG 及 CSV)
o. 树状式测试专案管理
p. 可汇入测量档案分析
B2901A 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 / 1 uV;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
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
供电要求 a. 110 / 220 V
b. 10 A
c. 单相供电
d. 50 / 60 Hz

◆ 符合IEC 60904-9AAA级模拟器标准


◆ 时间不稳定度:

符合IEC 60904-9中Temporal In-Stability A级定义



◆ 辐照不均匀度:

符合IEC 60904-9Non-Uniformity of Irradiance A级定义


  光谱匹配度:

符合IEC 60904-9中AM1.5 G 光谱Spectral MatchA级定义 


 高机动性能:

可配合实验室需求与场所,任意移动机台并自由 调整出光方向,并可与手套箱整合使用,适用各式领域应用。

▼平行出光示意图
▼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


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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)


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