三結(jié)砷化鎵（GaInP/InGaAs/Ge）光伏電池具備300~1800nm寬光譜響應(yīng)、超30% 光電轉(zhuǎn)換效率及優(yōu)異抗輻照性，是航天器在軌運(yùn)行的核心電源。其光電性能需在AM0標(biāo)準(zhǔn)條件下標(biāo)定，以匹配太空環(huán)境的太陽(yáng)輻照特性。地面太陽(yáng)光模擬器法可控性強(qiáng)、受環(huán)境影響小，成為航天光伏電池性能測(cè)量的主流技術(shù)。本文基于紫創(chuàng)測(cè)控luminbox穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)光模擬器，系統(tǒng)闡述航天光伏電池的光電性能測(cè)量方法。

測(cè)量原理

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（ａ）太陽(yáng)光模擬器原理示意圖（ｂ）太陽(yáng)模擬器的光譜與標(biāo)準(zhǔn)ＡＭ0光譜的對(duì)比

首先通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光伏電池將太陽(yáng)光模擬器的輻照度校準(zhǔn)至AM0 標(biāo)準(zhǔn)值（1367W/m2），光譜匹配AM0 標(biāo)準(zhǔn)光譜。測(cè)量時(shí)將被測(cè)電池溫度精確控制在(25±1)℃，通過(guò)程序調(diào)節(jié)偏置電壓，掃描記錄電池在模擬太陽(yáng)光輻照下的電流- 電壓（I-V）特性數(shù)據(jù)，進(jìn)而提取短路電流（Isc）、開(kāi)路電壓（Voc）、最大發(fā)電功率（Pmax）等關(guān)鍵參數(shù)。

測(cè)量核心裝置

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實(shí)驗(yàn)采用AAA級(jí)穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)光模擬器，其光譜與AM0 標(biāo)準(zhǔn)光譜的匹配度在全波段范圍內(nèi)均優(yōu)于95%（光譜失配度 < 5%），同時(shí)具備優(yōu)異的輻照度均勻度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。配套設(shè)備包括半導(dǎo)體控溫臺(tái)（溫度控制精度±1℃）、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及量子效率測(cè)量裝置，可實(shí)現(xiàn)I-V 曲線掃描、光譜響應(yīng)度測(cè)試等功能。

標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)定與量值溯源

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1.標(biāo)準(zhǔn)器選擇

選用與被測(cè)電池結(jié)構(gòu)一致的同型標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為量值傳遞載體，其頂、中、底三子結(jié)分別單獨(dú)引出接線端子，確保各子結(jié)光譜響應(yīng)度可獨(dú)立標(biāo)定，避免子結(jié)間相互干擾。

2.標(biāo)定方法與溯源路徑

基于 ＤＳＲ法的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池校準(zhǔn)裝置及其量值溯源示意圖

采用差分光譜響應(yīng)度（DSR）法標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)電池的AM0 特性，通過(guò)積分標(biāo)準(zhǔn)電池光譜響應(yīng)度 S (λ) 與 AM0 標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度 E (λ)，計(jì)算短路電流標(biāo)定值：ISTC=A?∫S(λ)?E(λ)sulardλ（A 為電池面積）。量值溯源路徑為：同型標(biāo)準(zhǔn)光伏電池→標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器→陷阱探測(cè)器→低溫輻射計(jì)（光學(xué)計(jì)量最高標(biāo)準(zhǔn)），最終實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)獨(dú)立溯源至國(guó)際單位制（SI）。

光譜失配誤差控制

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多結(jié)電池的光譜失配是影響測(cè)量精度的關(guān)鍵因素。依據(jù)IEC 60904-7 標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算光譜失配因子（MMF），通過(guò)迭代調(diào)節(jié)太陽(yáng)光模擬器光譜和輻照度，確保各子結(jié)滿足| MMF-1|<1%。實(shí)驗(yàn)中因太陽(yáng)光模擬器與AM0 光譜匹配度高，且底電池電流遠(yuǎn)大于頂、中電池，僅需重點(diǎn)校正頂、中電池的失配誤差，最終頂電池失配偏差為0，中電池為0.06%，可直接采用標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)定值校準(zhǔn)光源。

測(cè)量結(jié)果與分析

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基于太陽(yáng)模擬器法測(cè)量的三結(jié)砷化鎵光伏電池的光電性能。（ａ）四個(gè)樣品的實(shí)物照片；（ｂ）光電性能

1.關(guān)鍵性能參數(shù)

對(duì)4 個(gè)三結(jié)砷化鎵光伏電池樣品的測(cè)量結(jié)果顯示：短路電流在195.6~198.2mA 之間，開(kāi)路電壓均超過(guò)2.5V，最大發(fā)電功率為415.3~429.7mW，填充因子（FF）維持在83%~85%之間，體現(xiàn)了航天級(jí)電池的優(yōu)異性能。測(cè)量不確定度分析表明，短路電流、開(kāi)路電壓、最大發(fā)電功率的擴(kuò)展不確定度（k=2）分別為2.5%、1.0% 和 2.7%。

2.溫度系數(shù)測(cè)量

為支撐電池在軌性能評(píng)估，通過(guò)15~55℃范圍內(nèi)的變溫測(cè)試，獲得關(guān)鍵參數(shù)的溫度系數(shù)：短路電流為0.0732mA?℃?1，開(kāi)路電壓為- 5.71mV?℃?1，最大發(fā)電功率為- 0.988mW?℃?1。

綜上，本文建立的模擬太陽(yáng)光下航天光伏電池測(cè)量方法，通過(guò)太陽(yáng)光模擬器、DSR 標(biāo)定技術(shù)及嚴(yán)格的光譜失配控制，實(shí)現(xiàn)了三結(jié)砷化鎵光伏電池關(guān)鍵光電參數(shù)的精準(zhǔn)測(cè)量，量值可獨(dú)立溯源至SI。測(cè)量結(jié)果顯示，該方法在短路電流、開(kāi)路電壓和最大發(fā)電功率等核心參數(shù)上的精度滿足航天任務(wù)要求。

Luminbox3A AAA 級(jí)太陽(yáng)光模擬器

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紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox 3A AAA 太陽(yáng)光模擬器采用先進(jìn)光束準(zhǔn)直技術(shù)與高均勻光斑設(shè)計(jì)，輻照輸出穩(wěn)定，可為實(shí)驗(yàn)室提供高效可靠的光照測(cè)試解決方案。

AAA級(jí)性能：光譜匹配度符合IEC60904-9標(biāo)準(zhǔn)AAA級(jí)，可達(dá)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)精度；

長(zhǎng)效穩(wěn)定：優(yōu)化光源設(shè)計(jì)大幅降低維護(hù)頻率，減少校準(zhǔn)與停機(jī)時(shí)間，提升實(shí)驗(yàn)效率；

應(yīng)用場(chǎng)景：可選配光學(xué)濾鏡，靈活模擬室內(nèi)外日光環(huán)境，滿足多元測(cè)試需求。

紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox 3A AAA 級(jí)太陽(yáng)光模擬器憑借對(duì)光源動(dòng)態(tài)調(diào)控、光學(xué)系統(tǒng)精密設(shè)計(jì)的核心優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)光譜匹配、空間均勻性的超嚴(yán)苛指標(biāo)，重新定義高效測(cè)試體驗(yàn)。為航天航空提供從單光源到全場(chǎng)景的定制化解決方案。

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