[发明专利]一种以双光源多种滤色片实现高光谱匹配度的太阳模拟器

说明书

技术领域

本发明属于分析及测量控制、光伏能源、太空、农业、材料技术领域，如太阳电池的检测与标定、电池老化、热循环测试、卫星热平衡试验、植物发育和良种培育、材料的耐辐照老化和高分子的固化测试等，特别是一种采用双光源多种滤色片实现高光谱匹配度太阳模拟器的方法。 

背景技术

在许多领域，都需要用到太阳模拟器来模拟太阳光，如太阳电池的检测与标定、电池老化、热循环测试、卫星热平衡试验、植物发育和良种培育、材料的耐辐照老化和高分子的固化测试等，特别是光伏能源领域，需要用高光谱匹配度太阳模拟器来测量与分析太阳电池的各种性能。 

太阳能电池的测试，需要在一个统一的标准下进行，为此国际电工委员会第82技术委员会，即太阳光伏能源系统标准化委员会(IEC-TC82）规定了地面用太阳电池的标准测试条件为：测试温度25±2℃，光源的光谱辐照度1000W/m²，并具有标准的AM1.5太阳光谱辐照度分布。获得AM1.5太阳光谱的条件为：在地球的海平面上，选择晴空无云、无污染的气候条件下，太阳与地球的天顶角为48.2°时，即太阳光穿过1.5个地球大气层后的光谱为AM1.5。实际应用时，采用的是考虑到太阳光在大气层中漫反射后产生的太阳光谱AM1.5G。 

通常，太阳光受到地球的自转、太阳入射角度、云层、粉尘污染、雾霾等的影响，得到AM1.5G太阳光谱的分布比较困难。同时，对于大量的测试，仅仅依靠太阳来获得合适的测试条件，也是不现实的，所以需要太阳模拟器，方便随时随地得到合适的AM1.5G太阳光谱和辐照强度。 

人造光源中，氙灯是最接近太阳光谱的人造光源，氙灯光经过滤光片后，可以得到光谱匹配度比较好的太阳模拟器。但是，这样得到的太阳模拟器与太阳光谱AM1.5G相比，还是有比较大的差别，为此，IEC-60904-9国际标准将太阳模拟器分为以下级别，见表1所示： 

表1：太阳模拟器分级表（IEC-60904-9国际标准）

按照IEC-60904-9国际标准，最高等级的太阳模拟器为Class AAA，也就是说辐照强度不均匀性为A级（≦±2%）；辐照强度不稳定性为A级（≦±2%）；光谱匹配度为A级（0.75-1.25）；其中最难实现的指标是光谱匹配度。

太阳电池是对光敏感的电子器件，测量太阳电池的IV特性曲线，计算太阳电池的转换效率等参数时，因为太阳模拟器的光谱匹配度的偏差最大，所以对测试结果的影响也比较大，因而希望太阳模拟器的光谱匹配度的偏差越小越好，高光谱匹配度是有现实需求的。 

传统的太阳模拟器，采用单氙灯光源加单片滤色片的方法来模拟太阳光。氙灯在短波长范围内与太阳光谱比较接近，而在长波段与太阳光谱相差比较多。另外，在氙灯的光谱中，有若干段的光与太阳光谱相差比较多，采用一片滤色片很难将这么多段的光同时过滤到与太阳光谱相一致的程度，故传统的太阳模拟器的光谱匹配度最高能达到±25%的Class A级水平。 

本发明采用双光源多种滤色片来实现高光谱匹配度太阳模拟器，一种光源为氙灯，另一种光源为卤素灯，利用卤素灯在长波段辐照强度比较强的优势来弥补氙灯在长波段的不足。另外，采用多种滤色片，可以分别过滤不同波段的光，直接降低了太阳模拟器对滤色片的要求，比较容易实现高光谱匹配度。 

本方法适合于光伏能源、太空、农业领域，如太阳电池的检测与标定、卫星热平衡试验、植物发育和良种培育等领域，特别是需要高光谱匹配度，需严格标定和检测太阳电池的转换效率的场合。本发明的有益效果是：采用氙灯、卤素灯和多种滤色片，在300-1100nm的光谱范围内，太阳模拟器与太阳AM1.5G的光谱匹配度小于±5%，优于国际标准IEC-60904-9的Class A的±25%的指标。 

高光谱匹配度的太阳模拟器在需要严格标定和检测太阳电池的转换效率，需要高性能太阳模拟器的场合，有着很好的实用价值。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术分析和存在的问题，提供一种以双光源多种滤色片实现高光谱匹配度的太阳模拟器，该太阳模拟器采用氙灯和卤素灯双光源以及多种滤色片，在300-1100nm的光谱范围内，该太阳模拟器与太阳AM1.5G的光谱匹配度小于±5%，通过更换不同功率的氙灯、卤素灯，不同大小的椭球面反射镜、滤色片、积分器、半透半反镜、反射镜和准直透镜，实现出射光斑大小不同的太阳模拟器。 

本发明的技术方案：