當(dāng)下不少鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率已經(jīng)做到和晶硅持平，甚至超過晶硅，在效率上鈣鈦礦電池可以進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用且制備成本比傳統(tǒng)的晶硅電池更低，但阻礙鈣鈦礦電池商業(yè)化是其長期穩(wěn)定性，目前業(yè)內(nèi)解決該問題最直接的一種手段就是針對鈣鈦礦材料本身的改性提升材料本征穩(wěn)定性。另一種可行的手段是通過工藝和工程手段隔絕外界的不穩(wěn)定因素，即隔絕水、熱等環(huán)境因素，從而減少乃至避免外界不穩(wěn)定因素對于材料和器件的影響。
目前對鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性測試沒有國際性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)通用的做法是將電池置于1sun標(biāo)準(zhǔn)光照射下， 持續(xù)功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）進(jìn)行光老化測試。常規(guī)測試時間是1000小時。
本系統(tǒng)是專為鈣鈦礦太陽能電池研究工作者量身打造的一款功能強(qiáng)大、齊全的多通道太陽能電池和組件穩(wěn)定測試系統(tǒng)，采用LED太陽光模擬器或白光LED作為老化光源，可通過多種方式對電池進(jìn)行控溫并控制電池所處的環(huán)境氣氛（N2、干空、恒溫恒濕等），可以對多組電池同時進(jìn)行長期的穩(wěn)定性能測試，除了傳統(tǒng)的MPPT模式以外，還增加了恒壓（如開路電壓）和恒流老化（如短路電流）模式以增加穩(wěn)定性研究的靈活性，并集成了強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析軟件可以實(shí)時查看和對比不同樣品的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
一、系統(tǒng)組成
1.1、硬件系統(tǒng)
1.1.1、老化光源
●LED太陽光模擬器
BG-LED-AAA系列LED太陽光模擬器是一款供科研使用的理想太陽光光源，是對目前氙燈光源太陽光模擬器的升級換代產(chǎn)品，優(yōu)良的特性更加適合對太陽能電池、半導(dǎo)體材料及生物科學(xué)的研究
產(chǎn)品特點(diǎn)
●符合IEC 60904-9，JIS 8904-9和ASTM E927-10關(guān)于光譜匹配度A+，輻射空間均勻性A和時間不穩(wěn)定性的A+要求。
●采用進(jìn)口大功率LED芯片，使用多種不同波長的LED進(jìn)行光譜擬合，更加的實(shí)現(xiàn)了對太陽光的模擬
●光源使用壽命＞10000小時，不再需要定期更換昂貴且危險(xiǎn)的燈泡。
●獨(dú)立光譜控制，在350nm～1150nm光譜范圍內(nèi)，根據(jù)IEC 60904-9標(biāo)準(zhǔn)分為6個光譜段，每個光譜段均可獨(dú)立調(diào)節(jié)控制。用戶可自定義不同光譜滿足不同測試需要。
●寬泛的閃光時間控制，可實(shí)現(xiàn)最小100ms連續(xù)閃光直至常亮
●可選光強(qiáng)反饋系統(tǒng)，實(shí)時光強(qiáng)進(jìn)行快速校準(zhǔn)
●7寸LCD觸摸屏控制，圖形化界面操作，操作快捷方便。
●支持5種閃光預(yù)設(shè)方案設(shè)置，且可實(shí)現(xiàn)無縫切換，適用不同的測試需求。
●配有CAN總線、RS232和RS485接口，可與外部測試設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端控制與協(xié)同。
技術(shù)參數(shù)
型號 | BG-LED-AAA-100L | BG-LED-AAA-250L |
光源類型 | 穩(wěn)態(tài)LED光源 | |
光譜范圍 | 350~1100 | |
有效光斑面積 | 100mm×100mm | 210mm×210mm |
光譜匹配度 | A+ | |
均勻性 | A | |
時間不穩(wěn)定性 | A+ | |
光源使用壽命 | ＞10000小時 | |
典型輸出功率 | 100 to 1100 W/m2 (0.1 to 1.1 SUN) 可調(diào) | |
供電電壓 | AC220V/50HZ | |
●LED白光光源
●大面積
①燈板面積：300×200mm2，有效光照面積： 270×180mm2；
②燈板面積：360×360mm2，有效光照面積： 350×350mm2；
超大光照面積LED燈珠陣列燈板，支持多個小電池和小型模組同時光照測試。
●長壽命
穩(wěn)定性：10000小時；
該部件選用高穩(wěn)定長壽命進(jìn)口燈珠，定制高熱容鋁合金散熱片，無極調(diào)速矩陣式風(fēng)冷和壓縮制冷循環(huán)水冷兩種散熱方式保障了光源在連續(xù)光照工作的壽命。在維持光源光照強(qiáng)度的前提下，大大延緩了光源光強(qiáng)的衰退。
●材質(zhì)優(yōu)選
進(jìn)口燈珠；高熱容 7075 鋁合金氧化烤漆燈體/高強(qiáng)度304不銹鋼磨砂烤漆燈體。
●光強(qiáng)可調(diào)節(jié)：
0.1-4 Sun等效光強(qiáng)可調(diào)節(jié)；20W-900W可調(diào)功率區(qū)間，約180W使鈣鈦礦太陽能電池生成一個太陽模擬器下輸出的電流。
●波長范圍
單波長450nm
●可定制：
光強(qiáng)接受非標(biāo)定制，出貨燈板等效光強(qiáng)達(dá)到7sun；燈板面積接受非標(biāo)定制，出貨燈板面積達(dá)到1000mm×600mm，可更大。
●安全可靠：
漏電保護(hù)&過壓過流保護(hù)系統(tǒng)。
兩種光源方案的對比
LED太陽光模擬器 | LED白光光源 | |
光譜范圍 | 350nm~1100nm | 450nm |
光譜匹配等級 | A+ | 無 |
均勻性 | A | 無 |
時間穩(wěn)定性 | A+ | A |
1.1.2、測試系統(tǒng)
●多通道并行測試系統(tǒng)
采用小功率可編程直流電子負(fù)載卡，具有高精度、高可靠性、全功能（恒流，恒壓，恒功率，恒電阻）、便于集成等特點(diǎn)。具備OCP/OVP/OPP/OTP多重保護(hù)，配備高速LAN接口，在絕大部分集成應(yīng)用中可代替小功率單體電子負(fù)載并為用戶大幅節(jié)省成本，尤其適合高校、科研院所應(yīng)用。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
●功率范圍：20W/25W/50W
●電壓范圍：0~20V/0~60V/0~100V
●單機(jī)10/19通道，通道間隔離
●OCP/OVP/OPP/OTP多重保護(hù)
●電流范圍：0~1A/0~5A/0~10A
●工作模式：CC、CV、CP、CR、CCD
●支持LAN通訊，LAN雙接口
●支持模擬短路、帶/卸載鎖存等功能
參數(shù)規(guī)格表
●單通道輪詢測量系統(tǒng)
兩種測量方案的對比
多通道并行測試系統(tǒng) | 單通道輪詢測量系統(tǒng) | |
測量精度 | 由我方提供的電子負(fù)載卡決定，具體參數(shù)見電子負(fù)載卡參數(shù)表 | 與吉時利24XX測量精度一致 |
測量方式 | 并行測量，每一個通道可以同時測量 | 輪詢測量，測完一個通道接著再測下一個通道 |
可測參數(shù) | 無區(qū)別 | |
測量參數(shù)設(shè)置 | 起始電壓、終點(diǎn)電壓、掃描步長等每通道可獨(dú)立設(shè)置 | 起始電壓、終點(diǎn)電壓、掃描步長每通道需保持一致 |
1.1.3、測試夾具
●一體化多通道氮封控溫夾具
●供電：DC12V
●功耗：150W
●控溫范圍：降溫極限：低于室溫10℃ 升溫極限：85℃
●溫度穩(wěn)定度：±0.3
●氮?dú)饪刂茐毫Γ海?kpa
氮封夾具可按照用戶時間電池尺寸與電極分布個性化定制
●多通道分體式氮封控溫夾具
常規(guī)環(huán)境下控溫：需要測試自行進(jìn)行可控的封裝電池，將電池通過水冷板、加熱板進(jìn)行電池控溫，控溫水冷測試基臺5℃-35℃，精度±1℃；控溫加熱測試基臺RT-120℃，精度±0.5℃。本公司可定制任意尺寸的水冷板和加熱板
氮封夾具本體
控溫加熱臺
控溫冷卻臺
1.2、軟件系統(tǒng)
本軟件除支持以MPPT測試模式外，還增加了恒壓（如開路電壓）和恒流老化（如短路電流）測量模式
●IV測試
本軟件支持設(shè)置起始電壓、終點(diǎn)電壓、掃描步長、正反IV掃描功能
IV曲線
●MPPT追蹤模式
MPPT掃描模式下的P-T曲線
運(yùn)用微擾算法，測試過程中不斷地反饋修正太陽能電池的功率點(diǎn)位置，使電池長時間保持在功率放電狀態(tài)， 放電過程實(shí)時監(jiān)控輸出功率， 通過設(shè)定測試時長和掃描間隔時間采集記錄功率隨時間變化的值和P-t曲線。時間顯示單位可選擇為具 體日期/天/小時/分鐘。在MPPT追蹤時，在總測試時常內(nèi)（如1000小時）定期掃描正反掃 IV 曲線（如每10小時掃描一次） ，記錄電池VOC、ISC、FF和PCE等四個關(guān)鍵性能指標(biāo)隨時間變化的情況（1000小時內(nèi)100個數(shù)據(jù)點(diǎn)）。注意，此時給出電池的P-t和PCE-t （正反掃）都是有意義的，P-t的數(shù)據(jù)點(diǎn)可能達(dá)到數(shù)十萬個（如每10秒記錄一個P點(diǎn)，則1000小時內(nèi)總共360000數(shù)據(jù)點(diǎn)），遠(yuǎn)多于PCE-t的數(shù)據(jù)點(diǎn)。實(shí)際上由于遲滯效應(yīng)的存在， PCE-t不論是正掃還是反掃結(jié)果都有一定誤差，P-t更準(zhǔn)確的反映了鈣鈦礦太陽能電池真實(shí)功率的變化。
●恒壓模式
恒壓測量模式下的P-T曲線
與MPPT一樣要通過定期掃描IV，得到四個關(guān)鍵性能指標(biāo)隨時間變化的情況，但電池在定期IV掃描之間，處于恒壓模式狀態(tài)。即通過源表采用恒壓模式，控制源表負(fù)載處于固定的V或動態(tài)Vmpp，監(jiān)控器件I-t和P-t的變化情況。此時的P-t不一定是功率，但仍有一定物理意義和研究價(jià)值，尤其是針對偏壓下鈣鈦礦離子移動的情況。其中V可設(shè)定為0- VOC之間的任意恒定值，也可設(shè)定為前一次IV測試正掃或反掃得到的Vmpp。如果設(shè)定為恒定V值，則在整個測試時間范圍內(nèi)，電池一直處于恒定偏壓V作用下不變。如果設(shè)定為前一次IV測試 的Vmpp，則通過固定期限內(nèi)的IV掃描進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，但在兩次IV測試之間則是固定在Vmpp，注意正掃和反掃Vmpp是不同的。控制在動態(tài)的Vmpp，這種模式也有類似MPPT的地方，但與 MPPT的細(xì)微差異在于，在兩次IV測試之間，Vmpp是恒定不變的，而MPPT模式下，V在任意 時刻都是實(shí)時變動的。很多文獻(xiàn)采用最初始的Vmpp，1000小時內(nèi)保持恒定Vmpp初始值不變，這個測試與本處的變動Vmpp相比，距離真實(shí)的功率誤差更大，而本處的變動Vmpp，又比前面的MPPT距離真實(shí)功率稍有誤差。
●恒流模式
恒流測量模式下的P-T曲線
恒流模式與MPPT一樣要通過定期掃描IV，得到四個關(guān)鍵性能指標(biāo)隨時間變化的情況，但電池在定期IV掃描之間，處于恒流模式狀態(tài)。即通過源表采用恒流模式，控制源表負(fù)載處于固定的I或動態(tài)I(mpp)，監(jiān)控器件V-t和P-t的變化情況。其中I可設(shè)定為0-I(SC)之間的任意恒定值, 也可設(shè)定為前一次IV測試正掃或反掃得到的I(mpp)。如果設(shè)定為恒定I值，則在整個測試時間范圍內(nèi)，電池一直處于恒定電流I作用下不變。如果設(shè)定為前一次IV測試的I(mpp)，則通過固定期限內(nèi)的IV掃描進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，但在兩次IV測試之間則是固定在I(mpp)，注意正掃和反掃I(mpp)是不 同的。控制在動態(tài)的I(mpp)，這種模式與前述控制在動態(tài)V(mpp)有類似之處，得到的數(shù)據(jù)存在特定的科研價(jià)值。
二、客戶案例
案例一：上海某高校
LED白光光源 | 并行測量方案 | 分體式氮封控溫夾具
