一、太陽電池測試原理

　　太陽電池的測量與太陽輻照度測量密切相關(guān)。地面上的太陽輻照每時每刻都在變化，這一變化不僅體現(xiàn)在總輻照度上，而且其內(nèi)在的光譜輻照度細(xì)節(jié)也在不斷的變化，這給最初的太陽電池測量帶來了極大的困難。由于太陽電池是光譜選擇性元件，其光電靈敏度隨太陽光譜分布變化而變化，在總輻照度相同而光譜輻照度不同的光源下，太陽電池的電性能輸出會有很大的不同。為了實現(xiàn)太陽電池測量量值的統(tǒng)一，國際電工委員會首先對標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜輻照度進(jìn)行了規(guī)定。所有地面用太陽電池的計量標(biāo)準(zhǔn)條件是采用AM1.5標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜分布，本光譜分布數(shù)據(jù)來源于特定氣象條件、大氣吸收條件下的太陽光譜分布實測值。太陽電池測量除了要溯源到國家光輻照度基準(zhǔn)外，還必須以本數(shù)據(jù)表作為測量的標(biāo)準(zhǔn)條件。

　　太陽電池的主要技術(shù)參數(shù)是太陽電池的光譜響應(yīng)，短路電流和開路電壓以及太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。作為太陽電池計量項目，通常進(jìn)行如下兩方面內(nèi)容的測試工作—標(biāo)準(zhǔn)太陽電池在標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜條件下的短路電流標(biāo)定和在太陽模擬器下測量太陽電池的伏-安特性測量，進(jìn)而計算出標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜條件下太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。由于無法得到與標(biāo)準(zhǔn)AM1.5太陽光譜分布相一致的人工模擬光源，因此無法直接測量出太陽電池在標(biāo)準(zhǔn)太陽輻照條件下的短路電流。各太陽電池測量實驗室通常采用非常復(fù)雜的方法實現(xiàn)太陽電池在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5太陽光譜下的短路電流測量并溯源到國際光輻照度量值基準(zhǔn)，這一過程就是所謂的太陽電池標(biāo)定。太陽電池的I-V特性測量方法是，首先采用與被測太陽電池光譜響應(yīng)相似的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池來設(shè)定太陽模擬器的標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的輻照度，然后在太陽模擬器下測量被測太陽電池的I-V特性曲線，由于被測太陽電池與標(biāo)準(zhǔn)太陽電池的光譜響應(yīng)相似，因此這種替代測量方法可以克服掉由于太陽模擬器的光譜分布于標(biāo)準(zhǔn)AM1.5太陽光譜分布不匹配造成的光譜失配誤差。

　　二、中國太陽電池測試技術(shù)發(fā)展

　　上世紀(jì)七十年代，天津電源研究所在太陽電池研究開發(fā)應(yīng)用的同時，投入了相當(dāng)大的人力和物力，建立了太陽電池測量實驗室，開始了太陽電池的標(biāo)定與測試技術(shù)的研究工作。主要的測試設(shè)備包括國產(chǎn)和進(jìn)口的A級太陽模擬器，用于電性能測量并開發(fā)了基于鎖相放大技術(shù)的太陽電池光譜響應(yīng)測量系統(tǒng)。最初目標(biāo)是建立準(zhǔn)確的一級標(biāo)準(zhǔn)太陽電池作為全行業(yè)太陽電池的計量基準(zhǔn)。在此期間，各種太陽電池標(biāo)定技術(shù)得到了充分開發(fā)，主要包括高山標(biāo)定，地面光譜標(biāo)定、實驗室內(nèi)光譜標(biāo)定，飛機標(biāo)定，航天飛機標(biāo)定等多項標(biāo)定技術(shù)都得到了開發(fā)和嘗試，最終形成了天津電源研究所的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池體系，天津電源研究所的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池在中國大陸得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

　　八十年代初期，中國的太陽電池測試技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。作為一個新興的行業(yè)，必須開展產(chǎn)品、計量方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作，于是組織了全行業(yè)的太陽電池測試專家成立了全國光伏能源系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會，專門負(fù)責(zé)太陽電池測量、測試和產(chǎn)品質(zhì)量方面的標(biāo)準(zhǔn)起草和制定工作。最初的目標(biāo)是為了實現(xiàn)太陽電池產(chǎn)品的全行業(yè)量值統(tǒng)一，先后制定了“太陽電池標(biāo)定方法”，“單晶硅太陽電池總規(guī)范”，“空間用太陽電池溫度系數(shù)測量方法”，“單晶硅太陽電池總規(guī)范”，“地面用太陽電池組件的環(huán)境實驗方法”，“地面用標(biāo)準(zhǔn)太陽電池”，“空間用標(biāo)準(zhǔn)太陽電池”，“光譜標(biāo)準(zhǔn)太陽電池”和“太陽模擬器總規(guī)范”等幾十項國家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)起到了統(tǒng)一量值，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提高的作用。

　　三、中國太陽電池測試技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平

　　九十年代初期，國家投入專項技術(shù)改造資金，改造天津電源研究所的太陽電池測試實驗室，建立了一套一級標(biāo)準(zhǔn)太陽電池計量裝置。主要包括實驗室內(nèi)一級標(biāo)準(zhǔn)太陽電池標(biāo)定系統(tǒng)和二級標(biāo)準(zhǔn)太陽電池量值傳遞系統(tǒng)，大大的提高了該實驗室的太陽電池測試水平和能力。在此基礎(chǔ)上成立了信息產(chǎn)業(yè)部電子205計量站，專門從事太陽電池的檢測計量工作，為中國太陽電池行業(yè)提供準(zhǔn)確的檢測計量測試服務(wù)。

　　太陽電池的量值統(tǒng)一在全世界也是一個待解的難題。為此國際先進(jìn)太陽電池測試實驗室試圖通過國際比對來實現(xiàn)全世界的太陽電池量值統(tǒng)一。最著名和最成功的一次國際比對是PEP`power_93國際標(biāo)準(zhǔn)太陽電池比對，這是美國能源部的項目。由美國可再生能源試驗室牽頭，全世界有十個國家的十三個著名太陽電池測試實驗室參加。每個實驗室提供兩個沒有標(biāo)定數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池標(biāo)樣，全部23個標(biāo)準(zhǔn)太陽電池通過各個實驗室的背靠背標(biāo)定后形成國際太陽電池基準(zhǔn)WPVS(world photovoltaic scale)。天津電源研究所（信息產(chǎn)業(yè)部205計量站）參加了本次標(biāo)準(zhǔn)太陽電池國際比對活動。通過篩選，最終只有四個與平均值接近的實驗室的數(shù)據(jù)被用作WPVS的量值，這四個實驗室分別是NREL（美國）、JQA（日本）、PTB（德國）和天津電源研究所。這四家實驗室同時也具有了今后世界光伏計量基準(zhǔn)WPVS的再標(biāo)定資格。

　　現(xiàn)在，這套太陽電池標(biāo)準(zhǔn)(WPVS)已經(jīng)成為全世界太陽電池行業(yè)廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。由于天津電源研究所的積極推廣，中國太陽電池行業(yè)現(xiàn)在普遍采用WPVS作為測試標(biāo)準(zhǔn)。值的一提的是，通過本次比對活動， 205計量站的太陽電池測試能力已得到國際同行的認(rèn)可。205計量站已經(jīng)具備標(biāo)定太陽電池（制作標(biāo)準(zhǔn)）和傳遞太陽電池標(biāo)準(zhǔn)的能力。 205計量站也是全球環(huán)境基金/中國可再生能源發(fā)展促進(jìn)項目的太陽電池檢測實驗室，現(xiàn)正升級實驗室的能力進(jìn)行太陽電池組件按國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61215進(jìn)行檢測。

　　四、與時俱進(jìn) 等同采用IEC標(biāo)準(zhǔn)

　　作為新興的行業(yè)，太陽電池產(chǎn)品的種類和性能變化非常快，與之相適應(yīng)的太陽電池測試技術(shù)卻沒有能夠立即跟上。例如，多結(jié)太陽電池測試技術(shù)。近幾年大陸研制出各種多結(jié)太陽電池新品，對于多結(jié)太陽電池，如果還采用傳統(tǒng)的太陽電池測試設(shè)備，必將產(chǎn)生無法估量的測試誤差。現(xiàn)在急需研制多結(jié)太陽電池測試技術(shù)和開發(fā)用于多結(jié)太陽電池測量的光譜可調(diào)超級太陽模擬器。

　　另外，隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大，整個行業(yè)已經(jīng)與國際接軌，因此必須盡快抓緊落實國際標(biāo)準(zhǔn)的等同采用工作。是太陽電池標(biāo)準(zhǔn)化工作為大陸的太陽電池產(chǎn)業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。■