大面積太陽模擬器輻照不均勻度A級指標的設計與實現

李文

(1.電子信息測試技術安徽省重點實驗室，安徽蚌埠，233010；2.中國電子科技集團公司第四十一研究所，安徽蚌埠，233010)

0 引言

太陽模擬器是在室內環境中實現不同大氣質量條件下太陽輻照特性的一種試驗或定標設備，是太陽電池測試系統中不可或缺的一部分。為方便工業流水線太陽電池快速測試需要，對下打光2m×1.1m的大面積太陽模擬器輻照不均勻度指標實現進行了研究。確定了AM1.5G濾光片+勻光玻璃的設計思想，氙燈光源采用漫射方式，經勻光玻璃特殊涂層進行濾光，使太陽模擬器輻照不均勻度優于±2%的A級要求。

1 太陽模擬器等級劃分

IEC60904-9：2007標準針對太陽模擬器等級規范規定分為三個等級，如表1所示[1]。太陽模擬器等級以這三個指標中最差等級評判，A級指標意味著三個重要指標全部滿足才達到A級。

表1 太陽模擬器的等級

2 大面積太陽模擬器光機結構

光路結構本著結構緊湊簡單、部件便于加工、成本低等原則設計，設計了雙脈沖氙燈下打光的太陽模擬器光機結構，檢測面積為2m×1.1m，如圖1所示。雙氙燈采用高功率氙燈，確保測試臺面足夠輻照強度；加裝AM1.5G濾光裝置，腔體內部噴涂抗輻射的特殊反光涂層。再經過中間特殊勻光裝置的勻光，使到達測試臺面的輻照不均勻度將優于±2%以內的A級的要求[2]。

圖1 大面積太陽模擬器光機結構

3 A級光譜匹配度指標

A級輻照不均勻度指標實現必須保證光譜匹配度首先達到A級設計要求。脈沖氙燈的輻照度光譜與標準AM1.5太陽光譜存在一定的差異，需要增加AM1.5G濾光片進行光譜修正。為確保氙燈穩定，在側面加裝了散熱用的風扇裝置。

太陽模擬器光源與太陽光各波段光譜匹配情況如表2所示，依據標準太陽模擬器光譜匹配度為0.898～1.120，優于0.75～1.25的A級要求[2]。

表2 大面積太陽模擬器各波段分布

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級輻照不均勻度指標實現

針對大面積太陽模擬器的光機結構，采用仿真軟件對光機結構進行輻照度仿真，軟件設置對一千萬條光線進行追跡，仿真結果如圖3所示。輻照分布圖曾現氙燈周圍強，遠離氙燈位置弱。

圖3 大面積太陽模擬器輻照度分布仿真圖

針對仿真情況，大面積太陽模擬器的輻照不均勻度指標實現主要對勻光板進行噴涂特殊涂層。大面積太陽模擬器勻光裝置采用超白布紋玻璃，起到勻光擴散作用。布紋玻璃實現將入射光充分散射，實現更柔和、均勻的照射效果。中間選擇性布置濾光涂層。濾光涂層與測試臺面位置一一對應，針對輻照強的區域，濾光層加粗，針對輻照弱的區域，濾光層稀疏。經過勻光處理，采用125mm×125mm晶硅電池對大面積輻照面進行多達100個區域輻照度檢測，輻照不均勻度達到±1.6%。滿足A級設計要求[3]。

5 結論

設計了基于雙脈沖氙燈的大面積太陽模擬器光機結構，采用脈沖氙燈加裝AM1.5G濾光片實現光譜匹配度達到A級要求，勻光玻璃噴涂濾光涂層達到A級輻照不均勻度指標要求。為進一步研制大面積太陽模擬器以及提高輻照不均勻度指標具有一定的參考意義。

參考文獻

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

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

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