T/CPIA 0109-2025 钙钛矿单结光伏电池光谱响应的测试

　　团 体 标 准

　　T/CP IA 0109—2025

　　钙钛矿单结光伏电池光谱响应的测试

　　Measurement of spectral respons iv ity of single-junction perovskite solar

　　cells

　　2025 - 03 - 15 发布 2025 - 03 - 30 实施

　　中国光伏行业协会 发 布

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国光伏行业协会标准化技术委员会提出。

　　本文件由中国光伏行业协会标准化技术委员会归口。

　　本文件起草单位：隆基绿能科技股份有限公司、中国电子技术标准化研究院、中核光电科技(上海)有限公司、陕西众森电能科技有限公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、中国长江三峡集团有限公司、中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、北京理工大学、厦门大学、国家太阳能光伏产品质量检验检测中心、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、南开大学、无锡极电光能科技有限公司、浙江铱太科技有限公司、苏州伟信智能科技有限公司、福建省计量科学研究院、昆山协鑫光电材料有限公司、广东光晶能源科技有限公司、仁烁光能 (苏州)有限公司、宁波新材料测试评价中心有限公司、常熟阿特斯阳光电力科技有限公司、天合光能股份有限公司、晶澳(扬州)太阳能科技有限公司、琦威检验认证(苏州)有限公司、一道新能源科技股份有限公司。

　　本文件主要起草人：李振国、高亚军、李其聪、何博、何永才、张华、郑德旭、张鹤仙、张赟、刘冬雪、方亮、徐希翔、林佳、王水威、陈怡华、李静、朱冰洁、刘正新、张晓丹、陈力、李震宇、张余、黎健生、田清勇、阳忠、高天明、肖传晓、杨智、夏锐、孙阳、恽旻、张敏。

　　钙钛矿单结光伏电池光谱响应的测试

　　1 范围

　　本文件规定了利用差分光谱响应来测试钙钛矿单结光伏电池在标准测试条件( standard test conditions，STC)下的光谱响应的测试原理、仪器设备、测试步骤、数据处理、测试报告。

　　本文件适用于钙钛矿单结光伏电池光谱响应的测试。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 2297 太阳光伏能源系统术语

　　GB/T 6495.9 光伏器件 第9部分：太阳模拟器性能要求

　　GB/T 38200—2019 太阳电池量子效率测试方法

　　JJF 1150 光电探测器相对光谱响应度校准规范

　　NB/T 11735—2024 叠层太阳电池量子效率测试方法

　　IEC 60904-3 光伏器件 第 3部分 ： 基于标准光谱辐 照度数据 的地面光伏器件测量 原理(Photovoltaic devices—Part 3: Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data]

　　IEC 60904-9 光伏器件 第9部分： 太阳模拟器特性分级(Photovoltaic devices – Part 9: Classification of solar simulator characteristics)

　　IEC TS 61836 太阳能光伏发电系统 术语、定义和符号(Solar photovoltaic energy systems —Terms, definitions and symbols)

　　3 术语和定义

　　GB/T 2297、GB/T 6495.9、IEC 60904-9、IEC TS 61836界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1

　　钙钛矿单结光伏电池 perovskite single-junction solar cell

　　以钙钛矿结构材料为活性光伏材料制备的光伏电池。

　　3.2

　　光谱响应 spectral response

　　S

　　各个波长上单位辐照度所产生的短路电流密度与波长的函数关系。

　　3.3

　　差分光谱响应 differential spectral response

　　~

　　S

　　在白偏置光辐照下，待测器件对斩波调制后的交变单色光的光谱响应。

　　3.4

　　短路电流 short-circuit current

　　ISc

　　特定温度和辐照度下，光伏器件在端电压为零(短路)时的输出电流。

　　3.5

　　白偏置光 white bias light

　　在用斩波单色光测试光伏电池的光谱响应时，为了模拟其实际工作环境，而照射的连续白光。

　　[来源：IEC TS 61836:2016，3.5.12] 3.6

　　辐照度 irradiance

　　物体在单位时间、单位面积上接收到的辐射能。

　　注：单位为W/m2。

　　3.7

　　不均匀度(测试平面内辐照的空间不均匀度) non-uniformity (spatial non-uniformity of irradiance in the test plane)

　　最大辐照度和最小辐照度的差与最大辐照度和最小辐照度的和比值的百分比，是用于描述太阳模拟器的辐照在处于测试平面内的某一特定区域内空间不均匀度的统计量。

　　注：最大辐照度、最小辐照度是在指定区域内探测器在任意指定点的测量值(已对辐照不稳定度给予修正)。

　　[来源：NB/T 11735—2024，3.4]

　　3.8

　　不稳定度(辐照的时间不稳定度) instability (temporal instability of irradiance)

　　最大辐照度和最小辐照度的差与最大辐照度和最小辐照度的和比值的百分比，是用于描述太阳模拟器的辐照在某一个特定时间间隔内不稳定度的统计量。

　　注：最大辐照度、最小辐照度是数据采集期间内在测试平面内探测器在任意指定点的测量值。

　　[来源：NB/T 11735—2024，3.5] 3.9

　　线性度 linearity

　　光伏电池的性能参数(短路电流、开路电压)随环境变量(辐照度、温度)的变化曲线相对于直线的偏离程度。偏离程度越小，对应线性度越高。

　　[来源：IEC TS 61836:2016，3.4.38]

　　3.10

　　标准测试条件 standard test conditions

　　STC条件

　　平面内总辐照度为1000 W/m2 ，电池温度为25 ℃ , 光谱辐照度分布符合AM1.5标准光伏分布的测试条件。

　　4 测试原理

　　钙钛矿单结光伏电池的差分光谱响应测试应在一束稳恒白偏置光和一束经过斩波器的单色光的辐照下完成，测试示意图见图1。在测试中，稳恒偏置光在待测电池中产生直流电流信号，而经过斩波器的单色光则在待测电池中产生交变电流信号。测试中所加稳恒偏置光的目的在于消除钙钛矿光伏电池随光强变化的非线性响应给光谱响应测试的影响，从而让测试结果对应于光伏电池在标准工作条件下的光谱响应。在实际测试过程中，以待测器件短路电流为观测量，调节稳恒偏光的辐照度，具体调制范围应介于标准辐照度的5%～110%。

　　注1：单色仪可被FWHM<20 nm的带通滤光片套件代替。

　　注2：白光光源和单色仪系统可被光参量放大器(OPA)或光学参量振荡器(OPO)单色仪替换。

　　图 1 钙钛矿单结光伏电池光谱响应测试仪器设备连接示意图

　　5 仪器设备

　　5.1 单色光

　　5.1.1 单色光带宽在 300 nm～1 200 nm 光谱范围内应不超过 10 nm，在 1 200 nm～3 000 nm 光谱范围内应不超过 50 nm。

　　注： 单色光通常由白光光源和单色仪(比如光栅，棱镜)产生。

　　5.1.2 白光光源可采用氙灯、卤钨灯，其不稳定度应低于 2 %，不均匀度(在测试平面内)应优于 2 %。注： 白光光源对应于A级太阳光模拟器(依据IEC 60904—9测定)。

　　5.2 探测器

　　在300 nm～1 100 nm区域内宜选择硅光电探测器，在1 100 nm～1 200 nm区域内宜选择锗、铟镓砷光电探测器。探测器校准按照JJF 1150的规定进行。

　　5.3 光学准直系统

　　5.3.1 光学准直系统宜采用金属聚光系统(如镀银聚光镜)。

　　5.3.2 入射单色光相对于测试平面的入射角应小于 5 °。

　　5.4 白偏置光

　　偏光光源可用氙灯、卤钨灯，偏光光斑应大于光谱响应测试区域。

　　注： 偏光光源对应于C级太阳光模拟器(依据IEC 60904—9测定)。

　　5.5 标准光伏电池

　　标准光伏电池用来测试单色光辐照度，300 nm～1 100 nm光谱区域内可用Si标准光伏电池， 1 100 nm～3 000 nm光谱区域内可用Ge、InGaAs标准光伏电池。

　　5.6 样品基座和温度控制

　　样品基座应提供良好的电学接触与温度控制功能。温控精确度±1 ℃, 重复度±0.5 ℃。

　　5.7 器件的电学连接

　　测量时应采用开尔文四线式连接。

　　5.8 直流信号测试

　　5.8.1 电压和电流的精确度应分别为开路电压和短路电流的±0.2%。

　　5.8.2 短路电流测试时待测器件的负载电压应为零，实际测试中负载电压应小于开路电压的 3 %。

　　5.9 交流信号的测试

　　5.9.1 经由斩波器的单色光所产生的交流信号应与偏光产生的直流信号分开，测试中通过锁相放大器实现。

　　5.9.2 斩波器斩波频率的选择应保证在一个斩波周期内钙钛矿电池电流响应达到稳态，斩波频率不宜选择与外电路同频，或与其谐波同频。

　　5.9.3 应避免偏光的杂散光经由斩波器之后再入射到待测器件。

　　5.9.4 跨阻放大器可用其它电流-电压转换器或外接并联电阻代替。实际测量时应确保待测光伏电池两端的电压小于其在标准测试条件下开路电压的 3 %。

　　6 测试步骤

　　6.1 概述

　　测试宜采用先测标准光伏电池后测待测器件的测试顺序。

　　6.2 基于标准光伏电池的设备校准

　　6.2.1 放置标准光伏电池

　　将标准光伏电池放置于样品基座，完成电路连接，设定负载电压让标准光伏电池处于短路电流状态。

　　6.2.2 设定温度

　　设定标准光伏电池温度为25 ℃, 并确保温度波动在标准光伏电池校准报告许可范围内，不超过± 1 ℃。

　　6.2.3 设定偏光辐照至标准测试条件(STC)

　　调整偏光的辐照度输出至某一特定值，在该辐照下标准光伏电池的直流输出应等同于其短路电流的校准值(Iref,DC )。标准光伏电池的直流输出与其校准值之间的偏差应不超过3%。

　　6.2.4 标准光伏电池在标准测试条件下差分光谱响应电流的测试

　　在选定的偏光辐照下，测试标准光伏电池在不同单色光下的交流响应电流，记为差分光谱响应电流(Iref (λi, Iref,DC )) ，并记录测试结果。测试结果记录表示例见附录A.1。

　　6.3 钙钛矿单结光伏电池的测试

　　6.3.1 放置钙钛矿单结光伏电池

　　将钙钛矿单结光伏电池放置于样品基座，完成电路连接，设定负载电压让待测器件处于短路电流状态。

　　6.3.2 设定温度

　　设定标准光伏电池温度为25 ℃, 并确保温度波动不超过±1 ℃。

　　6.3.3 待测器件的变辐照度测试

　　6.3.3.1 待测器件在偏光处于标准测试条件下的直流输出(I0 (STC))。

　　6.3.3.2 以I0 (STC)为参考值，改变偏光辐照(E)的输出，选定不少于 5 个不同的辐照，其对应待测器件的短路电流输出IbiaS (E)相对于I0 (STC)应在 5 %～110 %范围内变化，分别在每个偏光辐照下测试待测器件的差分光谱响应电流，并记录测试结果。测试结果记录表示例见附录 A.2。

　　7 数据处理

　　7.1 不同偏光辐照度下差分光谱响应度的计算

　　按公式(1)计算待测器件在每个偏光下、每个波长对应的差分光谱响应度 (λ, IbiaS (E))，并记录计算结果。计算结果记录表示例见附录A.3。

　　式中：

　　(λi, Ibias (E)) ——待测器件在不同辐照度下的差分光谱响应度，单位为安培平方米每瓦特

　　ref (λi, Iref,DC) ——标准光伏电池在标准测试条件下的差分光谱响应度，单位为安培平方米每瓦特

　　I(λi, IbiaS E ——待测器件在不同辐照度下的差分光谱响应电流，单位为安培(A);

　　Iref (λi, Iref,DC ) ——标准光伏电池在标准测试条件下差分光谱响应电流，单位为安培(A)。

　　7.2 不同偏光辐照度下响应度的计算

　　按公式(2)计算待测器件在不同偏光辐照下的差分响应度(IbiaS (E)) ，并记录计算结果。计算结果记录表示例见附录A.4。

　　式中：

　　(IbiaS (E)) ——待测器件的差分响应度，单位为安培平方米每瓦特() ;

　　,1a()E)) ——- ，

　　7.3 标准测试条件(STC)下响应度的计算

　　按公式(3)计算待测器件在标准测试条件(STC)下的响应度s(ISTC)。

　　式中：

　　S (ISTC) ——计算待测器件在标准测试条件(STC)下的响应度，单位为安培平方米每瓦特

　　ISTC ——待测器件在标准测试条件(STC)的短路电流输出，单位为安培(A);

　　(IbiaS (E)) ——待测器件的差分响应度，单位为安培平方米每瓦特()。

　　注：ISTC 的确定，基于迭代法对公式(3)中分母项，直至其数值等于1000。

　　m

　　7.4 标准测试条件(STC)下光谱响应的计算

　　按公式(4)计算待测器件在标准测试条件(STC)下的光谱响应s(λ, ISTC) ，并记录计算结果。计算结果记录表示例见附录A.5。

　　式中：

　　S (λi, ISTC) ——待测器件在标准测试条件(STC)下的光谱响应度，单位为安培平方米每瓦特

　　ISTC ——待测器件在标准测试条件(STC)的短路电流输出，单位为安培(A);

　　(λi, IbiaS (E))——待测器件在不同辐照度下的差分光谱响应度，单位为安培平方米每瓦特。

　　7.5 插值处理

　　在以上数值积分的计算过程中，如需要，可对待积分自变量做插值处理，如波长 (λi)和待测器件短路电流(IbiaS E)。所用的处理手段， 比如线性插值、样条插值，应在测试报告中提及。

　　7.6 小光斑测试时的多点修正

　　当单色光光斑面积小于被测钙钛矿电池面积时，应在待测电池表面至少取5个对称的测试点，具体位置应符合GB/T 38200—2019第8章中图2的要求。在每个测试点上执行以上差分光谱响应测试，以及随后的数据处理，最终对5个测试结果取其算术平均值，并以此作为最后的测试结果。

　　8 测试报告

　　钙钛矿光伏电池光谱响应测试报告应包括以下信息：

　　a) 待测器件名称;

　　b) 送样单位;

　　c) 测试编号;

　　d) 测试日期;

　　e) 测试人员署名;

　　f) 光谱响应测试执行标准;

　　g) 单色光光源型号， 以及输出光强随时间的监控曲线;

　　h) 单色光扫描步长;

　　i) 斩波器斩波频率;

　　j) 标准光伏电池编号， 以及其标准响应曲线;

　　k) 有效测试面积;

　　l) 单色光光斑大小;

　　m) 偏光光斑大小;

　　n) 探测器类型;

　　o) 锁相放大器型号;

　　p) 待测器件的光谱响应度曲线。

　　A

　　A

　　附 录 A

　　(资料性)

　　测试结果及计算结果记录表示例

　　A.1 标准光伏电池在标准测试条件下的差分光谱响应电流测试结果

　　标准光伏电池在标准测试条件下的差分光谱响应电流测试结果记录表见表A.1。

　　表 A.1 标准光伏电池在标准测试条件下的差分光谱响应电流记录表

　　A.2 待测器件在不同偏光辐照下的差分光谱响应电流测试结果

　　待测器件在不同偏光辐照度下的差分光谱响应电流测试结果记录表见表A.2。

　　表 A.2 待测器件在不同偏光辐照下的差分光谱响应电流记录表

　　A.3 待测器件在不同偏光辐照下的差分光谱响应度计算结果

　　待测器件在不同偏光辐照下的差分光谱响应度计算结果记录表见表A.3。

　　表 A.3 待测器件在不同偏光辐照下的差分光谱响应度记录表

　　A.4 待测器件在不同偏光辐照下的差分响应度计算结果

　　待测器件在不同偏光辐照下的差分响应度计算结果记录表见表A.4。

　　表 A.4 待测器件在不同偏光辐照下的差分响应度记录表

　　表A.4 待测器件在不同偏光辐照下的差分响应度记录表(续)

　　A.5 待测器件在标准测试条件(STC)下的光谱响应度计算结果

　　待测器件在标准测试条件(STC)下的光谱响应计算结果记录表见表A.5。

　　注： 计算过程中用到的插值处理宜采用线性法。

　　表 A.5 待测器件在标准测试条件(STC)下的光谱响应度记录表

　　附 录 B

　　(资料性)

　　基于差分光谱响应计算标准测试条件 STC 下的光谱响应测试样本

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 6495.8—2002 光伏器件 第8部分：光伏器件光谱响应的测量

　　[2] JJF 1655—2017 太阳电池校准规范：光谱响应度

　　[3] T/CPIA 0033—2022 光伏电池量子效率测试系统技术要求

　　[4] IEC 60904-8:2014 光伏器件 第8部分：光伏器件光谱响应的测量(Photovoltaic devices - Part 8: Measurement of spectral responsivity of a photovoltaic (PV) device)

　　[5] IEC TR 63228:2019 基于有机、染料敏化或钙钛矿材料的光伏器件测量规程(Measurement protocols for photovoltaic devices based on organic, dye-sensitized or perovskite materials)

　　[6] Giorgio Bardizza, Diego Pavanello, Harald Müllejans, Tony %J Progress in Photovoltaics: Research Sample; Applications, Spectral responsivity measurements of DSSC devices at low chopping frequency (1 Hz). 24 (4), 428-435, 2016.