200 mm x 200 mm AAA 穩態太陽光模擬器

型號 : SS-X200R-3A

SS-X200R為光焱科技2019年全新開發AAA穩態太陽光模擬器。
光斑面積為200 mm × 200 mm,符合第三方國際計量標準IEC 60904-9與ASTM E927 3A等級,兼具光電器件伏安特性(I-V Measurement)檢測專用光源及太陽能電池功率檢測的太陽光模擬器。

高度機動的機台設計,可配合實驗室需求,依據場所任意移動及自由調整出光方向(上下左右),也可與手套箱結合,以便各種領域之應用。高精度光強度調整功能,可透過精準的光強調整功能,進行不同光強度變化之測量。亦可搭配電表量測0.1 mA to 1 A電流值,適用於各式太陽能電池(鈣鈦礦太陽能電池、液態水解電池、有機太陽能電池、晶硅、染料敏化等)研發。
配置型號 配置項目 規格
SS-X200R 稳态太阳
光模拟器
a. AAA 氙灯仿真器 (符合IEC 60904-9 ed. 3, AM1.5G
1000W/m2)
注: 按照国际标准,光源3A需要在垂直照射面量测。
b. 光谱范围: 300~1100nm
c. 1600W 氙灯光源
d. 照射方向: 标准型-垂直向下照射(可选配多角度照射)
e. 有效光斑面积: > 200 mm x 200 mm
f. 光谱不匹配度≦± 25% ( A级)
g. 辐照度不稳定性≦± 2% ( A级)
h. 辐照度不均匀性 ≦± 2% ( A级)
i. 辐照度范围: 优于700-1200 W/m2 (PS电源调整)
j. 快门(Shutter): 机械快门,手动触屏控制或软件自动控制
k. 照射工作距离: 600 mm
l. 散热: 主动式气冷
m. 手调式连续变光强IRIS
n. 准直角小于5°半角度
o. 人机操作接口
p. 过热自动保护装置
q. 安全锁: 灯源箱外盖打开时,自动关闭灯源
r. 灯源计时功能
s. 灯泡寿命:平均1000小时,保证500小时
t. 尺寸重量规格:灯箱,重量55Kg,尺寸950mm x
550mm x 650mm,控制箱,重量25Kg,尺寸为530mm
x 580mm x 300mm。
u. 电力系统:AC 单相110/220 30A
X200R-IRIS 連續變光
強(選配手/
自動)
a. 手動連變光強,可以連續調整光強度,0 - 1.2 sun,精度
<2 %,
b. 旋轉解析約28圈轉數,即0 - 1.2 sun需手動旋鈕轉動約
28圈
多角度出
光功能
a. 多個固定角度出光方向,可以實現:垂直、15度、30
度、45度、60度、75度、水準出光
b. 通過固qo定切換檔位,手動切換
選配型號 選配項目 規格
IVCT-24B 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,24 bit,同步測量電壓、電流、輻照度
e. 最大測量點數/每條曲線:10000 最高
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
KA6000 量測軟體 a. 適用於Keithley 24XX mutimeter /Agilent 29XX 系列源表
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、USB及RS232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(JPG及CSV)
o. 樹狀式測試專案管理
p. 可匯入測量檔案分析
B2901 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系列 標準電池
a. 2 cm × 2 cm有效照光面積
b. 濾波片可選用(KG5、KG3、KG1、石英 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
e. 最多測量6個子電池
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. 標準實驗用香蕉接口介面,可轉換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 玻璃
h. 最大支持子電池6個,電池間距任意
i. 夾具對位準確性高,偏差小
j. 標準電池專用固定槽
k. 絕緣電線保護蓋板
l. 四線接法量測
m. 附有手把方便移動
n. 單一排線完成手/自動訊號傳輸
o. 夾具附有強磁能快速準確壓著樣品量測
p. 載台主體附有對準線輔助定位
q. 適用於手動切換盒
r. 適用於自動切換盒
SS-GI-PB 手套箱用簡
易探針樣品
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
j. 標準電池專用固定槽
k. 絕緣電線保護蓋板
l. 四線接法量測
m. 附有手把方便移動
n. 單一排線完成手/自動訊號傳輸
o. 最大26P介面電纜線支援
p. 載台主體附有MASK窗口MASK可訂製
q. 適用於手動切換盒
r. 適用於自動切換盒
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. RS232與RS485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

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. 共32路Relay控制板,觸點輸出,可設置位址0-255,多機級聯
◆ Enli Tech SS-X200R 符合IEC 60904-9 中AAA級太陽光模擬器標準 

IEC 60904-9 國際標準 A 級 Enli Tech SS-X180R
光譜匹配度 0.75-1.25 A
輻照不均勻度 2% A
時間不穩定度 2% A

◆ 光譜匹配度(Spectral Match) 
Enli Tech SS-X200R 200 mm x 200 mm AAA穩態太陽光模擬器,符合IEC 60904-9中光譜匹配度(Spectral Match)之A等級標準。光譜匹配度在六個指定光譜範圍內(400-1100 nm),各範圍的光輻照度比例皆為A等級,亦即每個光譜範圍與標準光譜之偏離百分比必須在75%-125%之間


Wavelength Enli Tech SS-X200R AM1.5G Spectral Match Classification
400-500 nm 17.80 % 18.40 % 0.97 A
500-600 nm 19.10 % 19.90 % 0.96 A
600-700 nm 18.77 % 18.40 % 1.02 A
700-800 nm 14.01 % 14.90 % 0.94 A
800-900 nm 14.25 % 12.50 % 1.14 A
900-1100 nm 16.06 % 15.90 % 1.01 A

◆ 輻照不均勻度(Non-uniformity of irradiance)
輻照不均勻度是指太陽光模擬器在指定測試區域的輻照度需達到一定的均勻性;此指標是太陽光模擬器技術指標中最具挑戰的要點指標,如果太陽光模擬器的輻照不均勻超過標準規範的限制,則會大幅影響待測器件的輸出特性與效率,因此,若要達到等級的規範十分嚴苛,輻照不均勻度需≤2%
Enli Tech SS-X200R 穩態太陽光模擬器,符合IEC 60904-9中輻照不均勻度(Non-Uniformity of Irradiance)之A等級標準。

◆ 時間不穩定度(Temporal instability)
時間不穩定度,亦為穩定度指標,要求太陽光模擬器輸出光束長時間保持穩定的光照度,以確保燈的波動不會影響到太陽能電池效率測量的準確性。
Enli Tech SS-X200R 穩態太陽光模擬器,符合IEC 60904-9中時間不穩定度(Temporal Instability)之A等級標準≤2


◆ 高機動性能,可整合至手套箱
可搭配您的樣品型態、實驗需求、場所位置,自由調整出光方向,上下左右出光,完美整合在手套箱或液態電池樣品盒。

向上出光
左右出光
 

   


多角度變換示意圖:




ss-x200r-3a-07.png

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

為何要使用太陽光模擬器!?
跟真實的太陽光有甚麼不同!?
3A級太陽光模擬器,哪3A!?

Enli Tech光焱科技 AAA穩態太陽光模擬器(AAA Solar Simulator),適用於各種太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cells)效率測試,結合獨家設計,可自由調整出光方向,完美整合在實驗室手套箱或液態電池樣品盒。

Coming soon!

The following documents are available for download:

    一下就懂!太陽光模擬器原理簡介