大面积太阳模拟器辐照不均匀度A级指标的设计与实现

李文

(1.电子信息测试技术安徽省重点实验室，安徽蚌埠，233010；2.中国电子科技集团公司第四十一研究所，安徽蚌埠，233010)

0 引言

太阳模拟器是在室内环境中实现不同大气质量条件下太阳辐照特性的一种试验或定标设备，是太阳电池测试系统中不可或缺的一部分。为方便工业流水线太阳电池快速测试需要，对下打光2m×1.1m的大面积太阳模拟器辐照不均匀度指标实现进行了研究。确定了AM1.5G滤光片+匀光玻璃的设计思想，氙灯光源采用漫射方式，经匀光玻璃特殊涂层进行滤光，使太阳模拟器辐照不均匀度优于±2%的A级要求。

1 太阳模拟器等级划分

IEC60904-9：2007标准针对太阳模拟器等级规范规定分为三个等级，如表1所示[1]。太阳模拟器等级以这三个指标中最差等级评判，A级指标意味着三个重要指标全部满足才达到A级。

表1 太阳模拟器的等级

2 大面积太阳模拟器光机结构

光路结构本着结构紧凑简单、部件便于加工、成本低等原则设计，设计了双脉冲氙灯下打光的太阳模拟器光机结构，检测面积为2m×1.1m，如图1所示。双氙灯采用高功率氙灯，确保测试台面足够辐照强度；加装AM1.5G滤光装置，腔体内部喷涂抗辐射的特殊反光涂层。再经过中间特殊匀光装置的匀光，使到达测试台面的辐照不均匀度将优于±2%以内的A级的要求[2]。

图1 大面积太阳模拟器光机结构

3 A级光谱匹配度指标

A级辐照不均匀度指标实现必须保证光谱匹配度首先达到A级设计要求。脉冲氙灯的辐照度光谱与标准AM1.5太阳光谱存在一定的差异，需要增加AM1.5G滤光片进行光谱修正。为确保氙灯稳定，在侧面加装了散热用的风扇装置。

太阳模拟器光源与太阳光各波段光谱匹配情况如表2所示，依据标准太阳模拟器光谱匹配度为0.898～1.120，优于0.75～1.25的A级要求[2]。

表2 大面积太阳模拟器各波段分布

4700～800 14.9% 15.1% 1.011 5800～900 12.5% 11.7% 0.938 6 900～1100 15.9% 14.6% 0.916

4 A级辐照不均匀度指标实现

针对大面积太阳模拟器的光机结构，采用仿真软件对光机结构进行辐照度仿真，软件设置对一千万条光线进行追迹，仿真结果如图3所示。辐照分布图曾现氙灯周围强，远离氙灯位置弱。

图3 大面积太阳模拟器辐照度分布仿真图

针对仿真情况，大面积太阳模拟器的辐照不均匀度指标实现主要对匀光板进行喷涂特殊涂层。大面积太阳模拟器匀光装置采用超白布纹玻璃，起到匀光扩散作用。布纹玻璃实现将入射光充分散射，实现更柔和、均匀的照射效果。中间选择性布置滤光涂层。滤光涂层与测试台面位置一一对应，针对辐照强的区域，滤光层加粗，针对辐照弱的区域，滤光层稀疏。经过匀光处理，采用125mm×125mm晶硅电池对大面积辐照面进行多达100个区域辐照度检测，辐照不均匀度达到±1.6%。满足A级设计要求[3]。

5 结论

设计了基于双脉冲氙灯的大面积太阳模拟器光机结构，采用脉冲氙灯加装AM1.5G滤光片实现光谱匹配度达到A级要求，匀光玻璃喷涂滤光涂层达到A级辐照不均匀度指标要求。为进一步研制大面积太阳模拟器以及提高辐照不均匀度指标具有一定的参考意义。

参考文献

[1]IEC standard 60904-9: Solar simulator performance requirements. Photovoltaic Devices. International Electro-technical Commission, Switzerland, 2007.

[2]韩国华,朱文星,朱炬等.大面积宽光谱太阳模拟器光谱匹配均匀度技术研究[J].半导体光电，2016，37（5）：746-749.

[3]韩国华,朱文星,李文等.一种大面积太阳模拟器匀光装置及其制造方法:中国,201410475879.5[P].2014-12-10.