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(duì)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(duì)于材料和器件的影響。
目前對(duì)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(shí)間是1000小時(shí)。
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(duì)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(duì)多組電池同時(shí)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(shí)查看和對(duì)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(duì)目前氙燈光源太陽光模擬器的升級(jí)換代產(chǎn)品，優(yōu)良的特性更加適合對(duì)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(shí)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(duì)太陽光的模擬
●光源使用壽命＞10000小時(shí)，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(gè)光譜段，每個(gè)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(shí)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(shí)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(hào) | 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(shí)間不穩(wěn)定性 | A+ | |
光源使用壽命 | ＞10000小時(shí) | |
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(gè)小電池和小型模組同時(shí)光照測試。
●長壽命
穩(wěn)定性：10000小時(shí)；
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(gè)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(duì)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(jí) | A+ | 無 |
均勻性 | A | 無 |
時(shí)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(duì)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(shí)利24XX測量精度一致 |
測量方式 | 并行測量，每一個(gè)通道可以同時(shí)測量 | 輪詢測量，測完一個(gè)通道接著再測下一個(gè)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(shí)間電池尺寸與電極分布個(gè)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(tái)5℃-35℃，精度±1℃；控溫加熱測試基臺(tái)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(tái)
控溫冷卻臺(tái)
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(shí)間保持在功率放電狀態(tài)， 放電過程實(shí)時(shí)監(jiān)控輸出功率， 通過設(shè)定測試時(shí)長和掃描間隔時(shí)間采集記錄功率隨時(shí)間變化的值和P-t曲線。時(shí)間顯示單位可選擇為具 體日期/天/小時(shí)/分鐘。在MPPT追蹤時(shí)，在總測試時(shí)常內(nèi)（如1000小時(shí)）定期掃描正反掃 IV 曲線（如每10小時(shí)掃描一次） ，記錄電池VOC、ISC、FF和PCE等四個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)隨時(shí)間變化的情況（1000小時(shí)內(nèi)100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）。注意，此時(shí)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(gè)（如每10秒記錄一個(gè)P點(diǎn)，則1000小時(shí)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(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)隨時(shí)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(dòng)態(tài)Vmpp，監(jiān)控器件I-t和P-t的變化情況。此時(shí)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(duì)偏壓下鈣鈦礦離子移動(dòng)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(gè)測試時(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)刻都是實(shí)時(shí)變動(dòng)的。很多文獻(xiàn)采用最初始的Vmpp，1000小時(shí)內(nèi)保持恒定Vmpp初始值不變，這個(gè)測試與本處的變動(dòng)Vmpp相比，距離真實(shí)的功率誤差更大，而本處的變動(dòng)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(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)隨時(shí)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(dòng)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(gè)測試時(shí)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(dòng)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(dòng)態(tài)的I(mpp)，這種模式與前述控制在動(dòng)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
