太陽模擬器的校準(zhǔn)輸出光譜輻照度是多少？

太陽模擬器的輻照度是照射在給定區(qū)域上的光功率（以焦耳每秒或瓦特為單位），通常以 W/m ²或 mW/cm ²為單位報(bào)告。

您可能聽說過，地球上太陽光的標(biāo)準(zhǔn)輻照度（AM1.5G 光譜）為1000.4 W/m ²（或 100 mW/cm ²），而太陽系外太陽光的標(biāo)準(zhǔn)輻照度（AM0 光譜）為1366 W/米²（或 136.6 毫瓦/厘米²）。

這些數(shù)字代表波長(zhǎng)從 280 nm 到 4000 nm 的各自光譜的總積分輻照度。換句話說，這個(gè)輻照度值是非常廣泛的太陽電磁輻射的所有貢獻(xiàn)的總和。

許多應(yīng)用并不依賴于完整的 280 nm 至 4000 nm 范圍。例如，單晶硅太陽能電池僅在大約 400 nm 至 1100 nm 范圍內(nèi)響應(yīng)。在此范圍之外的其余光譜可能會(huì)導(dǎo)致加熱（對(duì)于波長(zhǎng)高于 1100 nm），或?qū)е虏牧辖到猓▽?duì)于波長(zhǎng)低于 400 nm）。然而，對(duì)于研究硅太陽能電池電流-電壓性能的研究人員來說，他們的結(jié)果并不取決于標(biāo)準(zhǔn)光譜的總輻照度。

標(biāo)準(zhǔn) AM1.5G 光譜的光譜輻照度

對(duì)于400 nm至1100 nm范圍，AM1.5G的標(biāo)準(zhǔn)積分輻照度為759 W/m ²（或75.9 mW/cm ²）。該范圍之外的所有波長(zhǎng)部分構(gòu)成剩余輻照度，使總輻照度達(dá)到100 mW/cm ²。如下圖所示。

標(biāo)準(zhǔn)太陽系外 AM0 光譜的光譜輻照度

AM0 也同樣如此。AM0 的標(biāo)準(zhǔn)積分輻照度為 907W/m ²（或 90.7 mW/cm ²）。該范圍之外的所有波長(zhǎng)部分構(gòu)成剩余輻照度，使總輻照度達(dá)到136.6 mW/cm ²。如下圖所示。

為什么太陽模擬器校準(zhǔn)后的 AM1.5G 光譜輻照度低于 1000 W/m ²？

當(dāng)客戶購買400 nm 至 1100 nm 范圍的LED 太陽模擬器時(shí)，他們經(jīng)常會(huì)問我們?yōu)槭裁此妮椪斩人坪醯陀?1000 W/m ²標(biāo)準(zhǔn)。

答案是我們正在根據(jù)我們生成的光譜特定部分的輻照度進(jìn)行校準(zhǔn)。如果我們調(diào)整 400 nm – 1100 nm 太陽模擬器以產(chǎn)生 1000 W/m ²，我們將在此范圍內(nèi)輸出比標(biāo)準(zhǔn)高 32% 的強(qiáng)度！下圖直觀地強(qiáng)調(diào)了這種方法的錯(cuò)誤程度。

當(dāng)參考太陽能電池與功率計(jì)混淆時(shí)

事情變得特別令人困惑的是，當(dāng)硅參比電池被引用為在標(biāo)準(zhǔn) 100 mW/cm ² (1000 W/m ² ) 陽光下具有給定響應(yīng)時(shí)。這令人困惑的原因是，如上所述，標(biāo)準(zhǔn)單晶硅太陽能電池僅在大約 400 nm 至 1100 nm 范圍內(nèi)響應(yīng)。

因此，這樣的參考電池?zé)o法給出該范圍之外的太陽光譜的任何測(cè)量。

如果您在 400 nm 至 1100 nm 范圍內(nèi)使用適當(dāng)平衡的光譜（輻照度為 75.9 mW/cm ^{2 ）}照射它，然后在整個(gè) 280 nm 至 4000 nm 范圍內(nèi)用 100 mW/cm ²輻照度照射它，您將測(cè)量參考電池的輸出電流相同。硅參比池大多對(duì) 400 nm 以下和 1100 nm 以上的光譜視而不見。

在業(yè)界，術(shù)語“1000 W/m ² ”經(jīng)常與“標(biāo)準(zhǔn)太陽光”同義使用，而不了解上述波長(zhǎng)范圍和光譜平衡。由于這種錯(cuò)誤的命名約定，硅參考電池有時(shí)被誤認(rèn)為是功率計(jì)。由于除上述原因之外的許多原因，它們并非如此。

如果您使用真正的功率計(jì)來測(cè)量 LED 太陽能模擬器，即能夠報(bào)告所有（或幾乎所有）波長(zhǎng)（例如熱電堆）的功率貢獻(xiàn)的功率計(jì)，那么您確實(shí)會(huì)測(cè)量到上述 75.9 mW/ 之間的 30% 差異。 cm ²對(duì)于 400 nm – 1100 nm 太陽模擬器，100 mW/cm ²對(duì)于全光譜太陽光。

了解您的應(yīng)用的光譜靈敏度

歸根結(jié)底，最重要的是要了解所研究現(xiàn)象的波長(zhǎng)敏感性。

如果您使用太陽模擬器來研究硅太陽能電池，那么，正如所討論的，您將無法區(qū)分從 400 nm – 1100 nm 發(fā)射 75.9 mW/cm 2 的太陽模擬器和從 400 nm – 1100 nm 發(fā)射的太陽模擬器之間^的區(qū)別280 nm – 4000 nm 范圍內(nèi)為100 mW/cm ²。

然而，如果您正在研究波長(zhǎng)可達(dá) 1500 nm 的多結(jié)太陽能電池，您將需要確保您的太陽能模擬器能夠向該區(qū)域發(fā)出光。然而，即使達(dá)到 1500 nm 也不會(huì)將總輻照度提高到 100 mW/cm ²，因此堅(jiān)持這個(gè)目標(biāo)輻照度可能會(huì)產(chǎn)生很大的誤導(dǎo)。

如果您正在研究的物理現(xiàn)象確實(shí)依賴于整個(gè) 280 nm 至 4000 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的相互作用，那么您肯定需要一個(gè)能夠產(chǎn)生 100 mW/cm 2 的太陽^模擬器。然而，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，很少有物理現(xiàn)象如此廣泛地依賴于電磁輻射。

如果您正在研究其機(jī)制主要在紫外線中的材料降解，那么使用產(chǎn)生 1800 nm 光的太陽模擬器幾乎沒有什么好處，因?yàn)楹笳呖赡苤粫?huì)導(dǎo)致溫度變化。在感興趣的區(qū)域中擁有正確平衡的光譜更為重要。

LED 太陽能模擬器與傳統(tǒng)燈泡太陽能模擬器

上述概念對(duì)于大多數(shù)太陽能模擬器用戶來說相對(duì)較新，原因在于 LED 太陽能模擬器的構(gòu)造方式。與傳統(tǒng)的基于燈泡的太陽模擬器（例如氙弧燈或金屬鹵化物）相比，LED 太陽模擬器是通過組合多個(gè)不同波長(zhǎng)的不同光源來構(gòu)建的。如果不需要一部分光譜，則不會(huì)使用該 LED。

您可能認(rèn)為這使 LED 與基于燈泡的太陽能模擬器相比處于劣勢(shì)。

雖然 LED 太陽模擬器光譜的每個(gè)部分都必須有意構(gòu)建，但這提供了更多的控制和靈活性。

氙弧燈或金屬鹵化物太陽模擬器可能會(huì)產(chǎn)生更寬的光譜，但它們?cè)谳^高波長(zhǎng)下的光譜匹配存在問題，會(huì)發(fā)出過量的紅外輻射，導(dǎo)致樣品過度加熱。

有關(guān)不同太陽模擬器技術(shù)的更完整的討論和比較，請(qǐng)參閱此處的綜合文章。

校準(zhǔn)輻照度的底線

最后，這一切都回到了你想要研究的任何東西的波長(zhǎng)敏感性。您的應(yīng)用需求將決定您是否需要一個(gè)在整個(gè)光譜范圍內(nèi)具有中等光譜匹配的全光譜太陽模擬器，或者一個(gè)在感興趣的關(guān)鍵子區(qū)域具有出色光譜匹配的太陽模擬器。