三結(jié)砷化鎵（GaInP/InGaAs/Ge）光伏電池具備300~1800nm寬光譜響應(yīng)、超30% 光電轉(zhuǎn)換效率及優(yōu)異抗輻照性，是航天器在軌運行的核心電源。其光電性能需在AM0標準條件下標定，以匹配太空環(huán)境的太陽輻照特性。地面太陽光模擬器法可控性強、受環(huán)境影響小，成為航天光伏電池性能測量的主流技術(shù)。本文基于紫創(chuàng)測控luminbox穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器，系統(tǒng)闡述航天光伏電池的光電性能測量方法。

測量原理

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（ａ）太陽光模擬器原理示意圖（ｂ）太陽模擬器的光譜與標準ＡＭ0光譜的對比

首先通過標準光伏電池將太陽光模擬器的輻照度校準至AM0 標準值（1367W/m2），光譜匹配AM0 標準光譜。測量時將被測電池溫度精確控制在(25±1)℃，通過程序調(diào)節(jié)偏置電壓，掃描記錄電池在模擬太陽光輻照下的電流- 電壓（I-V）特性數(shù)據(jù)，進而提取短路電流（Isc）、開路電壓（Voc）、最大發(fā)電功率（Pmax）等關(guān)鍵參數(shù)。

測量核心裝置

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實驗采用AAA級穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器，其光譜與AM0 標準光譜的匹配度在全波段范圍內(nèi)均優(yōu)于95%（光譜失配度 < 5%），同時具備優(yōu)異的輻照度均勻度和長期穩(wěn)定性。配套設(shè)備包括半導(dǎo)體控溫臺（溫度控制精度±1℃）、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及量子效率測量裝置，可實現(xiàn)I-V 曲線掃描、光譜響應(yīng)度測試等功能。

標準器標定與量值溯源

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1.標準器選擇

選用與被測電池結(jié)構(gòu)一致的同型標準光伏電池作為量值傳遞載體，其頂、中、底三子結(jié)分別單獨引出接線端子，確保各子結(jié)光譜響應(yīng)度可獨立標定，避免子結(jié)間相互干擾。

2.標定方法與溯源路徑

基于 ＤＳＲ法的標準光伏電池校準裝置及其量值溯源示意圖

采用差分光譜響應(yīng)度（DSR）法標定標準電池的AM0 特性，通過積分標準電池光譜響應(yīng)度 S (λ) 與 AM0 標準光譜輻照度 E (λ)，計算短路電流標定值：ISTC=A?∫S(λ)?E(λ)sulardλ（A 為電池面積）。量值溯源路徑為：同型標準光伏電池→標準探測器→陷阱探測器→低溫輻射計（光學(xué)計量最高標準），最終實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)獨立溯源至國際單位制（SI）。

光譜失配誤差控制

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多結(jié)電池的光譜失配是影響測量精度的關(guān)鍵因素。依據(jù)IEC 60904-7 標準，計算光譜失配因子（MMF），通過迭代調(diào)節(jié)太陽光模擬器光譜和輻照度，確保各子結(jié)滿足| MMF-1|<1%。實驗中因太陽光模擬器與AM0 光譜匹配度高，且底電池電流遠大于頂、中電池，僅需重點校正頂、中電池的失配誤差，最終頂電池失配偏差為0，中電池為0.06%，可直接采用標準電池標定值校準光源。

測量結(jié)果與分析

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基于太陽模擬器法測量的三結(jié)砷化鎵光伏電池的光電性能。（ａ）四個樣品的實物照片；（ｂ）光電性能

1.關(guān)鍵性能參數(shù)

對4 個三結(jié)砷化鎵光伏電池樣品的測量結(jié)果顯示：短路電流在195.6~198.2mA 之間，開路電壓均超過2.5V，最大發(fā)電功率為415.3~429.7mW，填充因子（FF）維持在83%~85%之間，體現(xiàn)了航天級電池的優(yōu)異性能。測量不確定度分析表明，短路電流、開路電壓、最大發(fā)電功率的擴展不確定度（k=2）分別為2.5%、1.0% 和 2.7%。

2.溫度系數(shù)測量

為支撐電池在軌性能評估，通過15~55℃范圍內(nèi)的變溫測試，獲得關(guān)鍵參數(shù)的溫度系數(shù)：短路電流為0.0732mA?℃?1，開路電壓為- 5.71mV?℃?1，最大發(fā)電功率為- 0.988mW?℃?1。

綜上，本文建立的模擬太陽光下航天光伏電池測量方法，通過太陽光模擬器、DSR 標定技術(shù)及嚴格的光譜失配控制，實現(xiàn)了三結(jié)砷化鎵光伏電池關(guān)鍵光電參數(shù)的精準測量，量值可獨立溯源至SI。測量結(jié)果顯示，該方法在短路電流、開路電壓和最大發(fā)電功率等核心參數(shù)上的精度滿足航天任務(wù)要求。

Luminbox3A AAA 級太陽光模擬器

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紫創(chuàng)測控Luminbox 3A AAA 太陽光模擬器采用先進光束準直技術(shù)與高均勻光斑設(shè)計，輻照輸出穩(wěn)定，可為實驗室提供高效可靠的光照測試解決方案。

AAA級性能：光譜匹配度符合IEC60904-9標準AAA級，可達實驗室校準精度；

長效穩(wěn)定：優(yōu)化光源設(shè)計大幅降低維護頻率，減少校準與停機時間，提升實驗效率；

應(yīng)用場景：可選配光學(xué)濾鏡，靈活模擬室內(nèi)外日光環(huán)境，滿足多元測試需求。

紫創(chuàng)測控Luminbox 3A AAA 級太陽光模擬器憑借對光源動態(tài)調(diào)控、光學(xué)系統(tǒng)精密設(shè)計的核心優(yōu)勢，實現(xiàn)光譜匹配、空間均勻性的超嚴苛指標，重新定義高效測試體驗。為航天航空提供從單光源到全場景的定制化解決方案。

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