70 mm x 70 mm AAA 穩態太陽光模擬器

型號 : SS-F7-3A

更多 SS-X 模擬器的介紹:光焱百科

SS-F7-3A 為光焱科技依據   IEC 60904-9 與 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 70 mm x 70 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70 mm × 70 mm方形光斑
b. 光譜匹配度AM1.5 G,(0.75-1.25),A 級 (JIS / IEC / ASTM)
c. 輻射空間均勻性:< 2%,A 級 (JIS / IEC / ASTM)
d. 時間不穩定性< 2%A 級 (JIS / IEC / ASTM)
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: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 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. 光強線性自動校准制
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   300-1800nm
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
B2901A 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 / 1 uV;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
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. 校准報告:溯源到   NREL
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


◆ 時間不穩定度:

符合IEC 60904-9中Temporal In-Stability A級定義



◆ 輻照不均勻度:

符合IEC 60904-9Non-Uniformity of Irradiance A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。

▼平行出光示意圖
▼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。


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▲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。
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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!?
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