隨著空間探測任務(wù)的深入發(fā)展，光伏電池作為航天器的主要能源來源，其性能和穩(wěn)定性成為關(guān)鍵研究課題。鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其輕質(zhì)、柔性、高效率和低成本等優(yōu)勢，展現(xiàn)出在太空光伏領(lǐng)域的巨大潛力。在研究PSCs在太空環(huán)境中的表現(xiàn)時，紫創(chuàng)測控luminbox太陽光模擬器作為地面模擬太陽光譜與光強(qiáng)的關(guān)鍵設(shè)備，能夠結(jié)合輻射源開展輻照前后性能對比實驗，為準(zhǔn)確評估器件在太空環(huán)境中的光電響應(yīng)與退化機(jī)制提供重要支撐。

太空環(huán)境與輻射類型

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太空中的輻射主要來源于太陽風(fēng)、地球輻射帶和宇宙射線，包括質(zhì)子、電子、γ射線和中子等。這些高能粒子會對材料的晶格結(jié)構(gòu)造成位移損傷，進(jìn)而影響太空光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率。以低地球軌道為例，衛(wèi)星每年接受的輻射劑量可達(dá)數(shù)千戈瑞，因此對材料的穩(wěn)定性具有極高要求。

光模擬下 PSCs 的抗輻射性能表征

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1.質(zhì)子與電子輻射耐受性

在太陽光模擬器提供的AM0 光照條件下，甲胺鉛碘（MAPbI?）基 PSCs 經(jīng)68 MeV 質(zhì)子輻照，劑量達(dá)1013 particles/cm2 時，短路電流密度僅下降 20%。輻照結(jié)束后，器件通過H?離子鈍化缺陷實現(xiàn)自修復(fù)，性能甚至優(yōu)于未輻照樣品。三陽離子混合鹵化物PSCs 表現(xiàn)更優(yōu)，20 MeV 與 68 MeV質(zhì)子輻照下，質(zhì)子誘導(dǎo)量子效率僅下降7%，遠(yuǎn)優(yōu)于碳化硅二極管的 50%-75% 衰減。

電子輻射測試中，1 MeV能量電子輻照劑量達(dá)101? particles/cm2 時，PSCs 在太陽光模擬器持續(xù)光照下仍保留約90% 的功率轉(zhuǎn)換效率，而硅基電池同期衰減達(dá)40%。研究表明，PSCs 的高抗輻射性源于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)與離子遷移特性，在光模擬環(huán)境中可有效抑制輻射誘導(dǎo)的缺陷增加。

2. γ射線與中子輻照

研究樣品（參考裝置）和輻照后太陽能電池的I-V 曲線對比圖

γ射線因其高穿透性難以屏蔽，對光伏器件構(gòu)成長期威脅。實驗對Cs基PSCs進(jìn)行γ射線輻照實驗，累計劑量高達(dá)23,000 Gy，器件仍保持96%以上的初始效率。研究中使用γ射線源對器件進(jìn)行輻照處理，并在輻照前后借助太陽光模擬器對其光電性能進(jìn)行系統(tǒng)表征，以評估γ射線對PSCs性能的影響。

中子輻照方面，實驗對MAPbI?基PSCs進(jìn)行快中子輻照實驗，發(fā)現(xiàn)其在模擬80年太空暴露劑量下仍保持良好性能。在不同輻照劑量階段，研究人員將器件轉(zhuǎn)移至太陽光模擬器下進(jìn)行間歇性J-V曲線測試，從而獲取輻照過程中器件性能的動態(tài)演變規(guī)律。

太陽光模擬器在PSCs測試中的作用

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在鈣鈦礦太陽能電池的太空適應(yīng)性研究中，太陽光模擬器扮演著不可或缺的角色。其作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

標(biāo)準(zhǔn)性能評估：在輻照前后，使用太陽光模擬器提供標(biāo)準(zhǔn)AM 0或AM 1.5光譜，定量分析器件的PCE、Jsc、Voc和FF變化；

輻照與光照協(xié)同實驗：模擬真實太空環(huán)境中光與輻射同時存在的條件，研究光誘導(dǎo)退化與輻射損傷的耦合效應(yīng)；

多場景模擬：通過調(diào)節(jié)太陽光模擬器的光強(qiáng)和光譜，模擬不同行星軌道的光照條件，如火星、木星等低光低溫環(huán)境。

綜上，鈣鈦礦太陽能電池在質(zhì)子、電子、γ射線和中子等多種輻射環(huán)境下均表現(xiàn)出優(yōu)異的耐受性，部分體系甚至具備自修復(fù)能力，展現(xiàn)出其在太空光伏應(yīng)用中的巨大潛力。太陽光模擬器作為關(guān)鍵測試工具，可為評估鈣鈦礦太陽能電池在模擬太空環(huán)境中的光電行為和輻射損傷提供技術(shù)支持。

Luminbox3A AAA 級太陽光模擬器

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紫創(chuàng)測控Luminbox 3A AAA 太陽光模擬器采用先進(jìn)光束準(zhǔn)直技術(shù)與高均勻光斑設(shè)計，輻照輸出穩(wěn)定，可為太空光伏電池提供高效可靠的光照測試解決方案。

AAA級性能：光譜匹配度符合IEC60904-9標(biāo)準(zhǔn)AAA級，可達(dá)實驗室校準(zhǔn)精度；

長效穩(wěn)定：優(yōu)化光源設(shè)計大幅降低維護(hù)頻率，減少校準(zhǔn)與停機(jī)時間，提升實驗效率；

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

紫創(chuàng)測控Luminbox 3A AAA 級太陽光模擬器憑借對光源動態(tài)調(diào)控、光學(xué)系統(tǒng)精密設(shè)計的核心優(yōu)勢，實現(xiàn)光譜匹配、空間均勻性的超嚴(yán)苛指標(biāo)，重新定義高效測試體驗。為太空光伏提供從單光源到全場景的定制化解決方案。