當下不少鈣鈦礦電池的實驗室效率已經做到和晶硅持平，甚至超過晶硅，在效率上鈣鈦礦電池完全可以進行商業化應用且制備成本比傳統的晶硅電池更低，但阻礙鈣鈦礦電池商業化是其長期穩定性，目前業內解決該問題最直接的一種手段就是針對鈣鈦礦材料本身的改性提升材料本征穩定性。另一種可行的手段是通過工藝和工程手段隔絕外界的不穩定因素，即隔絕水、熱等環境因素，從而減少乃至避免外界不穩定因素對于材料和器件的影響。  

目前對鈣鈦礦太陽能電池穩定性測試沒有國際性的統一標準，行業內通用的做法是將電池置于1sun標準光照射下， 持續最大功率點跟蹤（MPPT）進行光老化測試。常規測試時間是1000小時。

本系統是專為鈣鈦礦太陽能電池研究工作者量身打造的一款功能強大、齊全的多通道太陽能電池和組件穩定測試系統，采用3A級LED太陽光模擬器或白光LED作為老化光源，可通過多種方式對電池進行控溫并控制電池所處的環境氣氛（N2、干空、恒溫恒濕等），可以對多組電池同時進行長期的穩定性能測試，除了傳統的MPPT模式以外，還增加了恒壓（如開路電壓）和恒流老化（如短路電流）模式以增加穩定性研究的靈活性，并集成了強大數據分析軟件可以實時查看和對比不同樣品的各項性能指標。

一、系統組成

1.1、硬件系統

1.1.1、老化光源

●3A級LED太陽光模擬器

 

YJ-LED-AAA系列LED太陽光模擬器是一款供科研使用的理想太陽光光源，是對目前氙燈光源太陽光模擬器的完美升級換代產品，優良的特性更加適合對太陽能電池、半導體材料及生物科學的研究

產品特點

●符合IEC 60904-9，JIS 8904-9和ASTM E927-10關于光譜匹配度A+，輻射空間均勻性A和時間不穩定性的A+要求。

●采用進口大功率LED芯片，使用多種不同波長的LED進行光譜擬合，更加完美的實現了對太陽光的模擬

●光源使用壽命＞10000小時，不再需要定期更換昂貴且危險的燈泡。

●獨立光譜控制，在350nm～1150nm光譜范圍內，根據IEC 60904-9標準分為6個光譜段，每個光譜段均可獨立調節控制。用戶可自定義不同光譜滿足不同測試需要。

●寬泛的閃光時間控制，可實現最小100ms連續閃光直至常亮

●可選光強反饋系統，實時光強進行快速校準

●7寸LCD觸摸屏控制，圖形化界面操作，操作快捷方便。

●支持5種閃光預設方案設置，且可實現無縫切換，適用不同的測試需求。

●配有CAN總線、RS232和RS485接口，可與外部測試設備互聯，實現遠端控制與協同。

技術參數

●LED白光光源

●大面積

①燈板面積：300×200mm²，有效光照面積： 270×180mm²；

②燈板面積：360×360mm²，有效光照面積： 350×350mm²；

超大光照面積LED燈珠陣列燈板，支持多個小電池和小型模組同時光照測試。

●長壽命

穩定性：10000小時；

該部件選用高穩定長壽命進口燈珠，定制高熱容鋁合金散熱片，無極調速矩陣式風冷和壓縮制冷循環水冷兩種散熱方式保障了光源在連續光照工作的壽命。在維持光源光照強度的前提下，大大延緩了光源光強的衰退。

●材質優選

進口燈珠；高熱容 7075 鋁合金氧化烤漆燈體/高強度304不銹鋼磨砂烤漆燈體。

●光強可調節：

0.1-4 Sun等效光強可調節；20W-900W可調功率區間，約180W使鈣鈦礦太陽能電池生成一個太陽模擬器下輸出的電流。

●波長范圍

單波長450nm

●可定制：

光強接受非標定制，出貨燈板等效光強最高達到7sun；燈板面積接受非標定制，出貨燈板面積最大達到1000mm×600mm，可更大。

●安全可靠：

漏電保護&過壓過流保護系統。

兩種光源方案的對比

1.1.2、測試系統

 

●多通道并行測試系統

采用小功率可編程直流電子負載卡，具有高精度、高可靠性、全功能（恒流，恒壓，恒功率，恒電阻）、便于集成等特點。具備OCP/OVP/OPP/OTP多重保護，配備高速LAN接口，在絕大部分集成應用中可代替小功率單體電子負載并為用戶大幅節省成本，尤其適合高校、科研院所應用。

產品特點：

●功率范圍：20W/25W/50W

●電壓范圍：0~20V/0~60V/0~100V

●單機10/19通道，通道間隔離

●OCP/OVP/OPP/OTP多重保護

●電流范圍：0~1A/0~5A/0~10A

●工作模式：CC、CV、CP、CR、CCD

●支持LAN通訊，LAN雙接口

●支持模擬短路、帶/卸載鎖存等功能

參數規格表

 

●單通道輪詢測量系統

兩種測量方案的對比

1.1.3、測試夾具

 

●一體化多通道氮封控溫夾具

●供電：DC12V

●功耗：150W

●控溫范圍：降溫極限：低于室溫10℃   升溫極限：85℃

●溫度穩定度：±0.3

●氮氣控制壓力：＜2kpa

氮封夾具可按照用戶時間電池尺寸與電極分布個性化定制

 

●多通道分體式氮封控溫夾具

常規環境下控溫：需要測試自行進行可控的封裝電池，將電池通過水冷板、加熱板進行電池控溫，控溫水冷測試基臺5℃-35℃，精度±1℃；控溫加熱測試基臺RT-120℃，精度±0.5℃。本公司可定制任意尺寸的水冷板和加熱板

氮封夾具本體

控溫加熱臺

控溫冷卻臺

1.2、軟件系統

本軟件除支持以MPPT測試模式外，還增加了恒壓（如開路電壓）和恒流老化（如短路電流）測量模式

●IV測試

本軟件支持設置起始電壓、終點電壓、掃描步長、正反IV掃描功能

IV曲線

 

●MPPT追蹤模式

 

MPPT掃描模式下的P-T曲線

運用微擾算法，測試過程中不斷地反饋修正太陽能電池的最大功率點位置，使電池長時間保持在最大功率放電狀態， 放電過程實時監控輸出功率， 通過設定測試時長和掃描間隔時間采集記錄最大功率隨時間變化的值和P-t曲線。時間顯示單位可選擇為具 體日期/天/小時/分鐘。在MPPT追蹤時，在總測試時常內（如1000小時）定期掃描正反掃 IV 曲線（如每10小時掃描一次） ，記錄電池VOC、ISC、FF和PCE等四個關鍵性能指標隨時間變化的情況（1000小時內100個數據點）。注意，此時給出電池的P-t和PCE-t （正反掃）都是有意義的，P-t的數據點可能達到數十萬個（如每10秒記錄一個P點，則1000小時內總共360000數據點），遠多于PCE-t的數據點。實際上由于遲滯效應的存在， PCE-t不論是正掃還是反掃結果都有一定誤差，P-t更準確的反映了鈣鈦礦太陽能電池真實功率的變化。

 

●恒壓模式

恒壓測量模式下的P-T曲線

與MPPT一樣要通過定期掃描IV，得到四個關鍵性能指標隨時間變化的情況，但電池在定期IV掃描之間，處于恒壓模式狀態。即通過源表采用恒壓模式，控制源表負載處于固定的V或動態Vmpp，監控器件I-t和P-t的變化情況。此時的P-t不一定是最大功率，但仍有一定物理意義和研究價值，尤其是針對偏壓下鈣鈦礦離子移動的情況。其中V可設定為0- VOC之間的任意恒定值，也可設定為前一次IV測試正掃或反掃得到的Vmpp。如果設定為恒定V值，則在整個測試時間范圍內，電池一直處于恒定偏壓V作用下不變。如果設定為前一次IV測試 的Vmpp，則通過固定期限內的IV掃描進行動態調整，但在兩次IV測試之間則是固定在Vmpp，注意正掃和反掃Vmpp是不同的。控制在動態的Vmpp，這種模式也有類似MPPT的地方，但與 MPPT的細微差異在于，在兩次IV測試之間，Vmpp是恒定不變的，而MPPT模式下，V在任意 時刻都是實時變動的。很多文獻采用最初始的Vmpp，1000小時內保持恒定Vmpp初始值不變，這個測試與本處的變動Vmpp相比，距離真實的最大功率誤差更大，而本處的變動Vmpp，又比前面的MPPT距離真實最大功率稍有誤差。

●恒流模式

恒流測量模式下的P-T曲線

恒流模式與MPPT一樣要通過定期掃描IV，得到四個關鍵性能指標隨時間變化的情況，但電池在定期IV掃描之間，處于恒流模式狀態。即通過源表采用恒流模式，控制源表負載處于固定的I或動態I(mpp)，監控器件V-t和P-t的變化情況。其中I可設定為0-I(SC)之間的任意恒定值, 也可設定為前一次IV測試正掃或反掃得到的I(mpp)。如果設定為恒定I值，則在整個測試時間范圍內，電池一直處于恒定電流I作用下不變。如果設定為前一次IV測試的I(mpp)，則通過固定期限內的IV掃描進行動態調整，但在兩次IV測試之間則是固定在I(mpp)，注意正掃和反掃I(mpp)是不 同的。控制在動態的I(mpp)，這種模式與前述控制在動態V(mpp)有類似之處，得到的數據存在特定的科研價值。

二、客戶案例

案例一：上海某高校

LED白光光源  | 并行測量方案 | 分體式氮封控溫夾具