天津電源研究所（信息產(chǎn)業(yè)部電子205計量站）

王玉學(xué)  童析然  張世杰

   一、太陽電池測試原理

   太陽電池的測量與太陽輻照度測量密切相關(guān)。地面上的太陽輻照每時每刻都在變化，這一變化不僅體現(xiàn)在總輻照度上，而且其內(nèi)在的光譜輻照度細節(jié)也在不斷的變化，這給最初的太陽電池測量帶來了極大的困難。由于太陽電池是光譜選擇性元件，其光電靈敏度隨太陽光譜分布變化而變化，在總輻照度相同而光譜輻照度不同的光源下，太陽電池的電性能輸出會有很大的不同。為了實現(xiàn)太陽電池測量量值的統(tǒng)一，國際電工委員會首先對標準太陽光譜輻照度進行了規(guī)定。所有地面用太陽電池的計量標準條件是采用AM1.5標準太陽光譜分布，本光譜分布數(shù)據(jù)來源于特定氣象條件、大氣吸收條件下的太陽光譜分布實測值。太陽電池測量除了要溯源到國家光輻照度基準外，還必須以本數(shù)據(jù)表作為測量的標準條件。

   太陽電池的主要技術(shù)參數(shù)是太陽電池的光譜響應(yīng)，短路電流和開路電壓以及太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。作為太陽電池計量項目，通常進行如下兩方面內(nèi)容的測試工作―標準太陽電池在標準太陽光譜條件下的短路電流標定和在太陽模擬器下測量太陽電池的伏-安特性測量，進而計算出標準太陽光譜條件下太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。由于無法得到與標準AM1.5太陽光譜分布相一致的人工模擬光源，因此無法直接測量出太陽電池在標準太陽輻照條件下的短路電流。各太陽電池測量實驗室通常采用非常復(fù)雜的方法實現(xiàn)太陽電池在標準AM1.5太陽光譜下的短路電流測量并溯源到國際光輻照度量值基準，這一過程就是所謂的太陽電池標定。太陽電池的I-V特性測量方法是，首先采用與被測太陽電池光譜響應(yīng)相似的標準太陽電池來設(shè)定太陽模擬器的標準測試條件下的輻照度，然后在太陽模擬器下測量被測太陽電池的I-V特性曲線，由于被測太陽電池與標準太陽電池的光譜響應(yīng)相似，因此這種替代測量方法可以克服掉由于太陽模擬器的光譜分布于標準AM1.5太陽光譜分布不匹配造成的光譜失配誤差。

   二、中國太陽電池測試技術(shù)發(fā)展

   上世紀七十年代，天津電源研究所在太陽電池研究開發(fā)應(yīng)用的同時，投入了相當(dāng)大的人力和物力，建立了太陽電池測量實驗室，開始了太陽電池的標定與測試技術(shù)的研究工作。主要的測試設(shè)備包括國產(chǎn)和進口的A級太陽模擬器，用于電性能測量并開發(fā)了基于鎖相放大技術(shù)的太陽電池光譜響應(yīng)測量系統(tǒng)。最初目標是建立準確的一級標準太陽電池作為全行業(yè)太陽電池的計量基準。在此期間，各種太陽電池標定技術(shù)得到了充分開發(fā)，主要包括高山標定，地面光譜標定、實驗室內(nèi)光譜標定，飛機標定，航天飛機標定等多項標定技術(shù)都得到了開發(fā)和嘗試，最終形成了天津電源研究所的標準太陽電池體系，天津電源研究所的標準太陽電池在中國大陸得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

   八十年代初期，中國的太陽電池測試技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。作為一個新興的行業(yè)，必須開展產(chǎn)品、計量方面的標準化工作，于是組織了全行業(yè)的太陽電池測試專家成立了全國光伏能源系統(tǒng)標準化委員會，專門負責(zé)太陽電池測量、測試和產(chǎn)品質(zhì)量方面的標準起草和制定工作。最初的目標是為了實現(xiàn)太陽電池產(chǎn)品的全行業(yè)量值統(tǒng)一，先后制定了“太陽電池標定方法”，“單晶硅太陽電池總規(guī)范”，“空間用太陽電池溫度系數(shù)測量方法”，“單晶硅太陽電池總規(guī)范”，“地面用太陽電池組件的環(huán)境實驗方法”，“地面用標準太陽電池”，“空間用標準太陽電池”，“光譜標準太陽電池”和“太陽模擬器總規(guī)范”等幾十項國家標準，這些標準起到了統(tǒng)一量值，促進產(chǎn)品質(zhì)量提高的作用。

   三、中國太陽電池測試技術(shù)達到國際先進水平

   九十年代初期，國家投入專項技術(shù)改造資金，改造天津電源研究所的太陽電池測試實驗室，建立了一套一級標準太陽電池計量裝置。主要包括實驗室內(nèi)一級標準太陽電池標定系統(tǒng)和二級標準太陽電池量值傳遞系統(tǒng)，大大的提高了該實驗室的太陽電池測試水平和能力。在此基礎(chǔ)上成立了信息產(chǎn)業(yè)部電子205計量站，專門從事太陽電池的檢測計量工作，為中國太陽電池行業(yè)提供準確的檢測計量測試服務(wù)。

   太陽電池的量值統(tǒng)一在全世界也是一個待解的難題。為此國際先進太陽電池測試實驗室試圖通過國際比對來實現(xiàn)全世界的太陽電池量值統(tǒng)一。最著名和最成功的一次國際比對是PEP`93國際標準太陽電池比對，這是美國能源部的項目。由美國可再生能源試驗室牽頭，全世界有十個國家的十三個著名太陽電池測試實驗室參加。每個實驗室提供兩個沒有標定數(shù)據(jù)的標準太陽電池標樣，全部23個標準太陽電池通過各個實驗室的背靠背標定后形成國際太陽電池基準WPVS(world photovoltaic scale)。天津電源研究所（信息產(chǎn)業(yè)部205計量站）參加了本次標準太陽電池國際比對活動。通過篩選，最終只有四個與平均值接近的實驗室的數(shù)據(jù)被用作WPVS的量值，這四個實驗室分別是NREL（美國）、JQA（日本）、PTB（德國）和天津電源研究所。這四家