50 mm x 50 mm AAA穩態太陽光模擬器

型號 : SS-F5-3A

SS-F5-3A為光焱科技依據IEC 60904-9 ASTM E927國際標準所研發設計的AAA級太陽能模擬器,用以測量太陽能電池效率,其光斑大小為 50 mm x 50 mm。采光纖導光功能,可配合實驗室需求,依據場所任意移動,並自由調整出光方向,便於應用各種領域,也可與手套箱結合。可搭選配光強度調正光圈來做自動光強度變化量測。模擬器搭配電錶可量測 0.1 mA ~ 1A 電流值,適用於各式太陽能電池研究開發。

項目 規格
穩態太陽光模擬器 a. 照射面積:50 mm × 50 mm方形光斑
b. 光譜匹配度:AM1.5 G,<±25%,A
c. 輻射空間均勻性:<±2%,A
d. 時間不穩定性:<±2%,A
e. 照射模式:光纖導光模式
f. 高耐熱光纖1米
g. 均光系統與光源系統分離設計
h. 300 W氙燈燈源
i. 准直角度:1度半形
j. 關機延遲冷卻系統
k. 可整合手套箱使用
l. 輻射強度:優於1個太陽,最高可達1300 W/m2
m. Shutter開關
n. 過熱自動保護裝置
o. 輻射方向:上下翻轉和左右翻轉照射,固定支架
p. 3.5寸彩色觸控式螢幕控制,PLC控制
q. 非線性出光控制器,步進電機精密控制
r. 光強變化範圍0-100%
s. 光強變化精度1%
t. 最小可達0.02 sun
u. 光強線性自動校準制
v. 自訂多段變光強自動測量
w. Rs232通信介面

選件型號 選件項目 規格
IVS-KA5000 測量軟體 a. EQE測量波長擴展300-1800 nm
b. 自動IV測量功能:可測量Vmax/ Imax/ Isc/ Jsc/ Voc/ FF/ Pmax/ Efficiency/ Rs/ Rsh等參數
c. 多重疊圖顯示功能
d. Quick-note功能
e. Semi-log IV顯示功能
f. 支援NI GPIB、USBRS232連線
g. 支援階梯測量與脈衝測量模式
h. 自動正反向掃描測試
i. 支持雙階段測量
j. 電流時間I-T測量功能
k. 測量前Shutter自動開關控制
l. 正裝和倒裝電池極性切換測量
m. 測量資料自動備份
n. 報表輸出(JPGCSV)
o. 樹狀式測試專案管理
p. 可匯入測量檔案分析
2901A 測量源表 a. Keysight B2901a SMU
b. 支援單通道配置
c. 最小電源精度:1 pA/ 1uV;最小量測精度:100 fA/100 nV
d. 最大輸出:210 V, 3 A直流/10.5 A脈衝電流
e. 具備任意波形產生和數位轉換功能,量測間隔為 20 us
IVCT 大電流測量源表 a. 電壓量程:±90 V/ ±50 V/ ±20 V/ ±1 V
b. 電流量程:±20 A/ ±12 A/ ±8 A/ ±4 A/ ±1 A
c. 可測試組件及電池片
d. A/D轉換:三通道同步,16 bit,同步測量電壓、電流、輻照度。
e. 最大測量點數/每條曲線512
f. 精度<0.1%
g. 溫度:k型熱電偶,解析度0.1攝氏度
h. 資料獲取時間:10 ms~1000 ms
i. 可自動正、逆掃描測量
SRC-2020 標準電池 a. 2 cm × 2 cm有效照光面積
b. KG5濾波片(KG3、KG1濾波片
c. 標準lemon介面
d. pt sensor感測器
e. 校準報告:溯源到NREL
ES-S6 薄膜電池樣品台 a. 標準薄膜電池樣品台
b. 2組晶片夾電極
c. 4線法測量香蕉接頭
d. 6段切換開關
SS-ST-SI 鍍金平板測量樣品台 a. 6寸標準晶矽測量樣品台
b. 銅鍍金平臺
c. 兩段式真空吸附功能
d. 7 L/min吸附能力真空泵
e. 兩組Z軸探針座
f. 探針兩根
g. 針尖0.5 mm
h. 標準電池水準固定平臺
i. 4個高度水準調整Z軸座,調整範圍30 mm
j. BNC介面
k. 4線法量測
SS-GI-DOWN 手套箱用反向樣品台 a. 適用于光源從下向上照射
b. 載台尺寸 220 mm x 234.2 mm
c. 載台主體為鐵材加上烤漆處理
d. OPV專用夾具一套
e. 最大支持子電池6個,電池間距2.54 mm
f. 標準電池專用固定座
g. 絕緣電線保護蓋板
h. 標準DB26同軸電纜傳輸介面,電纜最大耐電流2 A,KF40法蘭密封
i. 四線接法量測
j附有手把方便移動
k. 單一排線完成手/自動訊號傳輸
l. 夾具附有磁座能隨意變換固定
m. 載台主體附有對準線輔助定位
n. 夾具可一次對位多個電池位置

o. 適用於手動切換盒

p. 適用於自動切換盒

SS-GI-DB 手套箱用反向背探針樣品台 a. 適用于光源從下向上照射
b. 載台尺寸220 mm x 200 mm
c. 載台主體為鋁材加上噴砂陽極處理
d主體厚實穩固,量測平整度高,降低量測高度誤差
e. 專用背壓夾具一套
f. 夾具附有多支專用彈簧針,一次對位元多個電池位置,根據使用者樣品定制探針位置
g. 最大支持樣品尺寸:20 mm x 20 mm x 2 mm
SS-GI-PB 手套箱用簡易探針樣品台 a. 適用於光源從下向上照射
b. 載台尺寸約402 mm x 230 mm x 41.6 mm
c. 載台主體為金屬材加上噴砂陽極處理
d. 主體厚實穩固,量測平整度高,降低量測高度誤差
e. 專用Z軸探針台2座,2鈹銅探針
f. 可支源SRC2020標準電持量測
g. 最大支持樣品尺寸:10 x 10 cm
h. 電池間距任意
i. 載具對位靈活性高,偏差小
GIV-M6 手動樣品切換盒 a. 尺寸:195 x 185 x 60 mm(長寬高)
b. 標準4 mm香蕉介面
c. 標準DB26同軸電纜傳輸介面
d. 香蕉介面可轉BNC介面使用
e. 電纜最大耐電流2 A
f. 香蕉介面最大耐電流10 A
g. 全鋁制外殼
h. 六通道樣品IV量測+標準電池量測共 +RTD通道最大8通道量測
i. 支援標準電池RTD溫度通道
j. 支援2線/4線式量測方式
k. 方便切換通道系統操作
l. 附有標準4 mm香蕉接頭同軸纜線
GIV-A8 8通道自動切換盒 a. 尺寸:220 x 263.6 x 179 mm (長寬高)
b. 標準4 mm香蕉介面
c. 標準DB26同軸電纜傳輸介面
d. 香蕉介面可轉BNC介面使用
e. 電纜最大耐電流2 A
f. RS232RS485串口傳輸
g. 接點最大耐電流10 A
h. 最大8通道連續自動IV量測
i. 電腦可控多點切換量測IV
j. 支援標準電池RTD溫度通道
k. 可選擇2線/4線式量測方式
l. 支援傳輸Baud Rate 2400、4800、9600、19200、38400
m. 支援Modbus RTU格式
n. 可以設置0-255個設備位址,5位元位址撥碼開關可以設置1-31位址碼,大於31的可以通過軟體設置
o. 具有閃開、閃斷功能,可以在指裡邊帶參數、操作繼電器開一段時間自動關閉;具有頻閃功能,可以控制器繼電器週期性開關
p. 高速通道切換能力,最大可達100 ms切換時間
q. 通道Relay隔離接點
r. 可順序啟動模式,流水迴圈模式,跑馬迴圈模式
s. 32Relay控制板,觸點輸出,可設置位址0-255,多機級聯
SS-GI-FB 手套箱內置整合光纖管 a. 3米長光纖管
b. BNC法蘭密
c. 防漏氣設計
供電要求 a. 110/220 V
b. 10 A 
c. 單相供電
d. 50/60 Hz

◆ 符合IEC 60904-9AAA級模擬器標準



   非線性光強調節



◆ 時間不穩定度:

符合IEC 60904-9Temporal In-StabilityA級定義



◆  輻照不均勻度:

符合IEC 60904-9Non-Uniformity of IrradianceA級定義


 光譜匹配度:

符合IEC 60904-9中AM1.5 G 光譜Spectral MatchA級定義 

   高機動性能:

可配合實驗室需求與場所,任意移動機台並自由 調整出光方向,並可與手套箱整合使用,適用各式領域應用。

▼向上出光示意圖
▼向下出光示意圖
 

   


如何進行變光強測量與分析
過去幾年通過大量超快光電測量技術進行OPV複合動力學實驗研究以及對J-V曲線詳細的建模分析,雙分子複合現在已被廣泛接受為BHJ OPV中主要的複合機制。這些研究成功地建立了雙分子複合機制與幾個重要的OPV特性參數之間的關係(如VOC,FFs和二極體理想因數)。 通過這些關係,使我們可以根據簡單的J-V曲線測量結果來徹底分析OPV器件內部發生的損耗。Koster和同事已經找到了Jsc與光強度的簡單關係並發表在2001年的Adv. Mater. 期刊上,其關係為: J_SC∝I^α  ; I^α  是照射光強度。一般來說,當α等於1時,雙分子複合的影響可以忽略不計。(Ref. 1)

如何進行變光強測量
首先選擇一個AAA等級模擬器是最基本的,依據國際電工法規IEC60904-9,三個A分別代表光譜匹配度、輻射照度不均勻度、時間不穩定度,如下表。

IEC60904-9 characteristic 標準 A級範圍 SS-F5-3A 等级
光譜匹配度 0.75-1.25 A
輻照不均匀度 2% A
時間不穩定度 2% A


其次,目前有幾種調變光強的方式:金屬濾網法、中性光強衰減濾片法、電源輸出調整法、光通量調整片等方法,小編之後再整理相關優缺點,再跟大家報告、分享。進行測試前,調整到所需的光強度,需要使用光強度標準電池做強度的校準,調校好強度後再進行J-V的測量。

為了進行有效的光強調變測量J-V曲線實驗,有兩點須特別注意,會顯著影響擬合結果:
光強度的校準:
校準用的標準電池需要有好的感光線性度,並且需要有滿足溯源SI單位制的校準報告,才能保證在各個不同光強的強度值是正確,得到準確的 J_SC∝I^α關係。溯源的要求目前也是Nature自然期刊投稿時的必備要求。(Ref. 4)
光強度的數目:
光強度的條件數目太少,後續的擬合的結果誤差容易偏大,建議最好是可以從0.01 sun ~1 sun的範圍內,最少有15個光強度,配合準確的光強度校準,可以得到可靠的擬合。


ss-3a_19128.png


▲圖六 理論值α≦1,如果調變光強條件的數目較少,擬合的結果誤差較大, 使得擬合結果會有超過α≧1的風險產生(Ref. 5) 

下圖七為例,測試有機太陽電池在20個不同光強度下的短路電流密度;通過準確光強度校準還有足夠的資料點,擬合結果α=0.9889,擬合的R平方值=1,代表擬合的曲線與資料完全符合。
 
▲圖七20個不同光強度下的短路電流密度擬合。

如何利用Excel 來做擬合
使用光強調變技術分析雙分子複合機制的方法,特點就是簡單、方便、易做。原先小編聽到需要對實驗資料做擬合,就心生卻步。實際上小編通過Excel,無需自行撰寫公式就可以輕鬆達到有效擬合。步驟如下。



▲圖八 首先將短路電流對光強度做圖(換算成太陽光強度, 1 sun= 1000W/m2),並將XY坐標軸都設定為對數。將滑鼠移到圖表上的資料點,點擊右鍵,選擇”加上趨勢線”。


▲圖九 在右方選擇”乘冪”趨勢線,並勾選”顯示公式”與”顯示R平方值”,如此就完成了J_SC∝I^α的擬合,得到擬合結果α=0.9889,擬合的R平方值=1。


聲明:
因學識有限,或有所失漏或謬誤,懇請批評指教。
由於篇幅與校稿能力,並免翻譯錯誤,採用原文方式,並列出所參考文獻,懇請包含。
本文主要參考上下所列文獻,圖文與視頻僅用於相關科學作品介紹、平率或教學及科學研究,不得作為商業用途。如有任何版權問題,請隨時與我們聯繫。

參考文獻:
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)


一下就懂!太陽光模擬器基礎原理

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