航天用太阳电池电性能测试方法

航天用太阳电池电性能测试方法

国家标准 GB/T6494一2017 代替GB/T6494一1986 航天用太阳电池电性能测试方法 Measurementmethodforelectriealcharacteristicsofaerospacesolarcells 2017-11-01发布 2018-05-01实施 中华人民共利国国家质量监督检验检疙总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/6494一2017 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准代替GB/T6494一1986《航天用太阳电池电性能测试方法》 本标准与GB/T6494一1986 相比主要技术变化如下: 一调整了标准的适用范围,明确了对单结和多结呻化嫁太阳电池电性能测试的适用(见第1章， 1986年版的第1章); 一删除了室外阳光下的电性能测试方法、从非标准测试条件换算到标准测试条件、太阳电池电流 和电压温度系数的测量、太阳电池内部串联电阻的测量、AM0标准太阳光谱辐照度数据(见 1986年版的第4章、附录A、附录B,附录C和附录D) 完善了太阳电池测试光源的性能要求和测评方法(见4.,2.2和附录A,l986年版的3.1和附录 F); 调整了数据处理和测试报告要求(见第9章,第10章,186年版的2.6 增加了术语(见第3章) 增加了多结呻化镶太阳电池光谱失配误差修正方法(见附录B) -增加了多结碑化镶太阳电池标准电池的组成与结构要求(见423) 增加了多结太阳电弛电性能测试系统要求(见42.D. 增加了多结太阳电池电性能测试方法(见第8章) 本标准由航天科技集团公司提出 本标准由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(sAc/Tc425)归口 本标准起草单位;上海空间电源研究所、北京东方计量测试研究所、电子科技集团公司第十八 研究所 本标准主要起草人:陆剑峰、肖志斌、,倪家伟、杨亦强、张于、池卫英、王佳禹、徐建文、瞿轶、谭雪雁 本标准所代替标准的历次版本发布情况为 GB/T6494一1986
GB/T6494一2017 引 言 电性能是表征太阳电池产品性能优劣的关键技术指标 在单体太阳电池伏安特性测试中形成的不 确定度通过大量叠加,将对太阳电池阵的设计、制造和运行产生严重的影响 随着我国航天产业的发 展,越来越多的研究机构与企业加人航天用高效太阳电池的开发,需要针对航天用太阳电池电性能测试 进行统一的规范,从而保证不同单位之间在测试手段上的一致性和测试结果的可比性,促进行业发展 保障型号应用 本标准所涉及的太阳电池电性能测试方法已在载人飞船、深空探测器、各种高中低轨道 卫星等型号上得到成功验证和应用 本标准对航天用太阳电池的电性能测试具有积极的指导作用
GB/6494一2017 航天用太阳电池电性能测试方法 范围 本标准规定了航天用太阳电池在地面模拟光源下电性能测试的要求和方法 本标准适用于航天用太阳电池的电性能测试,包括单晶硅太阳电池、单结和多结呻化嫁太阳电池 包括GalnP./GaAs/Ge三结太阳电池、GalnP/GaAs/Ini,s .Ga,A三结太用电池租GanP,/GaAs .GaAs/In ln,mGaa.aA、四结太阳电池等) no.Gaa.7 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是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/T2297太阳光伏能源系统术语 GB/T64962017航天用太阳电池标定方法 1so15387航天系统单结太阳电池测量与标定醒序(Spwce Singlejunetionsolar Systems cellsMeasurementsandcalibrationprocedures) 术语和定义 GB/T2297界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 标准子太阳电池standardcomponentsolarcel 用规定的方法制作,具有与被测多结太阳电池中相应子电池相同的相对光谱响应,采用规定的标定 方法标定过的,用于多结太阳电池电性能测试时太阳模拟器相应波段辐照度的设定的太阳电池 3.2 工作电流loadeurrent 指定电压下的电流值 -般要求 4.1标准测试条件 4.1.1标准测试光谱为AM0,一个太阳常数,标准辐照度为1367w/nm AM0标准阳光光谱辐照度 分布曲线如图1所示,光谱辐照度数据按照GB/T6496一2017的附录B
GB/T6494一2017 2E 1.5 S 勋 =0 400 波长/nm 图1AM0标准光谱辐照度分布曲线 4.1.2标准测试温度为25士1 4.2测量仪器与设备 4.2.1通用要求 测量仪器与装置应符合相关计量标准要求,经检定合格并在有效期内 4.2.2测试光源 4.2.2.1 -般要求 航天用太阳电池电性能测试光源应是太阳模拟器 进行多结太阳电池电性能测试时,太阳模拟器应能对匹配被测多结太阳电池光谱响应的辐照度和 光谱分布进行分别调节 4.2.2.2总辐照度 太阳模拟器的总辐照度应至少在0.8个1.2个太阳常数的范围内连续可调 4.2.2.3性能等级 太阳模拟器的AM0标准光谱失配误差、辐照度不均匀度及辐照度不稳定度的测试方法应符合附 录A的要求,并均应满足附录A中A级太阳模拟器的要求 单晶硅太阳电池和单结呻化太阳电池测试用太阳模拟器光谱失配误差评价范围为350n nm nm1800nm 1100nm,多结呻化嫁太阳电池测试用太阳模拟器光谱失配误差评价范围为350n 4.2.3标准太阳电池 4.2.3.1标准太阳电池的组成 单晶硅太阳电池和单结呻化嫁太阳电池等单结电池标准电池仅包含整体电池;GalnP./GaAs/Ge GalnP/GaAs/Ina.Ga;As,GalnP/Ga.As/Ina.Ga,;As/In,.sGaa,.eAs等多结电池标准电池则应包含各 结子电池
GB/6494一2017 4.2.3.2标准太阳电池的结构 标准太阳电池应与待测太阳电池具有相同的结构,经过相对光谱响应测试验证,标准电池与待测电 池或待测电池对应部分应具有相对一致的光谱响应 4.2.3.3标准太阳电池的选择、封装、标志、标定及维护 标准太阳电池的选择,封装、标志、标定及维护应按IsO15387等相关标准执行 4.2.4测试系统 测试系统是指包括软、硬件在内的太阳电池电性能数据采集和处理系统,测试系统的具体要求 如下 太阳电池电性能测试在专门的测试平台上进行,测试平台应具有负压吸附和控温能力,测试平 a 台应内置测温探测器,探测器应尽量靠近被测太阳电池,测试平台与太阳电池的引线连接方式 应采用四线制法; 电压、电流最大允许测试误差应不超过士0.1% b 测试系统温度测试误差应不超过士0.5C: c 测温系统的温度采样周期应不超过0.5s d 测试项目 5 航天用太阳电池电性能测试项目应包括 开路电压V.; a b 短路电流1. 工作电流I; c 最佳功率点电压Vm; d 最佳功率点电流Im e 最佳输出功率P 光电转换效率En; g h) 填充因子FF; 伏安特性曲线 6 测试原理 航天用太阳电池分为单结太阳电池和多结太阳电池 前者是指包括单晶硅太阳电池和单结呻化嫁 太阳电池在内,采用单PN结结构的太阳电池;后者是指包括GalnP/Ga.As/Ge、GalnP./GaAs n,.Ga,,As,GanP/GaAs/In..Gaa,,A、/In,aGa,eAs在内,采用多PN结结构的太阳电池 航天用太阳电池电性能测试是通过太阳模拟器模拟空间中的太阳光照条件,利用标准电池校调太 阳模拟器辐照度和光谱分布,达到匹配标定电池的等效空间AM0光照条件,采用标准电池比对法,在 此光照条件下测试被测太阳电池的各项电性能参数 太阳电池电性能测试原理如图2所示
GB/T6494一2017 驱动电源 太阳模拟器灯源 数字电压表 取样电阳阻 电子负载 被测太阳电池 计算机和 数字电压表 系统控制 及测试软 温度传感器 温度测控制 鄙度控制 温度传感器 标准 太阳电池 数字电压表 电 阳 图2太阳电池电性能测试原理图 单结太阳电池电性能测试 7.1测试步骤 单结太阳电池电性能测试应遵循如下步骤 进行光谱失配因子评估,决定是否需要进行光谱失配误差修正; a 校准测试平台温度; b) 校准测试光源辐照度 c d 循环步骤b)和步骤c),使其均满足标准测试条件 进行太阳电池伏安特性曲线扫描,并提取关键技术参数 7.2光谱失配因子评估 按附录B的规定,测试并计算待测电池的光谱失配因子(MM) 若MM值在0.98~1.02之间,则 不需要进行修正;否则应按附录B的方法,对标准电池的电流值进行光谱失配误差修正 在批量测试时,应随机选择几片电池进行光谐失配因子测评,必要情况下应进行修正 7.3校准测试平台温度 在测试光源的照射下,调节测试平台温度控制系统的温度设置参数,使测试平台温度符合4.1.2的
GB/6494一2017 要求 7.4校准测试光源 在太阳模拟器的测试平面上放置标准太阳电池,反复调节光源辐照度,使得标准电池的短路电流与 标定电流值之间的相对偏差应在士1%以内 7.5伏安特性曲线测量 按7.3和7.4规定校准的太阳模拟器的测试平面上对待测电池进行伏安特性曲线测量后,应按照第 5章的要求提取电性能关键特性参数 在测量过程中,太阳电池的温度应符合4.1.2的要求 8 多结碘化太阳电池电性能测试 8.1测试步骤 多结呻化镶太阳电池电性能测试应遵循如下步骤 校准测试平台温度; a 校准测试光源辐照度和光谱分布; b 循环步骤a)和步骤b),使其均满足标准测试条件; c d 进行太阳电池伏安特性曲线扫描,并提取关键技术参数 8.2校准测试平台温度 在测试光源的照射下,调节测试平台温度控制系统的温度设置参数,使测试平台温度符合4.1.2的 要求 8.3校准测试光源 在太阳模拟器的测试平面上依次放置待测电池对应的各个标准子太阳电池,反复调节光源的光谱 分布和辐照度,使得所有标准子太阳电池的短路电流测量值与标定值之间的相对偏差在士1%以内 当太阳模拟器的光照面积足够大时,可在测试平面上同时放置整套匹配待测电池的标准子电池,反 复调节光源的光谱分布和辐照度,使得标准子太阳电池的短路电流与标定电流值之间的相对偏差在 士1%以内 8.4伏安特性曲线测量 在经过按8.2和8.3规定校准的太阳模拟器的测试平面上对待测电池进行伏安特性曲线测量,按照 第5章的要求提取电性能关键特性参数 在测量过程中,太阳电池的温度应符合4.1.2的要求 数据处理与测试报告 9.1数据处理 光电转换效率E应按包括栅线面积在内的太阳电池总受光面积进行计算 9.2测试报告 太阳电池电性能测试报告除应包含第5章规定的项目外,还应包含以下内容:
GB/T6494一2017 生产单位; a b 电池编号; e 电池类型; d 轮廓尺寸; e 受光面积; fD 测试光谱; 测试温度; 8 h)标准光谱辐照度 太阳电池电性能测试报告单格式参见附录C
GB/6494一2017 附录 A 规范性附录) 太阳模拟器的一般要求 A.1太阳模拟器的等级划分 太阳模拟器的等级划分见表A.1 表A.1太阳模拟器的等级划分 占总辐照度的百分比 占总辐照度的百分比 光谱区间 0.35Am1.84m 光谱区间 0.35ml.1m. 特性 A级 B级 C级 120.3mw/cemy 95.98mw/cnm 4m 4m 0.35~0.5 19.9 0.35~0.5 25 0.50.6 15.4 0,50.6 19,3 0.60.7 13.3 0.60,7 16.6 0.7~0.8 10.5 0,70.8 13.2 光谱 0.80.9 0.80.9 8.5 10.,6 失配 二土25%<土35%<土50% 6." 0.91.0 8.3 0.91.0 误差 0.1 7.0 1.0l.2 1.0l.l 1.2~1.4 7.1 1.41.6 5.0 .6~l.8 3.5 辐照度 士2% 士5% 士10% 不均匀度 辐照度 二士1% 士2% 士5% 不稳定度 A.2太阳模拟器性能检测方法 A.2.1AM0光谱失配误差 AM0光谱失配误差测试步骤如下 利用标准太阳电池校准太阳模拟器输出光谱分布和辐照度,调节太阳模拟器输出光谱和辐照 a 度,使标准太阳电池短路电流值与标定电流值之间的相对偏差在士1%以内,即完成太阳模拟 器输出光谱和辐照度调节,获得匹配该型太阳电池的AM0模拟光谱 利用太阳模拟器光谱分布测试仪测试太阳模拟器输出光谐,根据该台太阳模拟器测试太阳电 池的种类,结合A.1中AM0标准光谱辐照度相对分布值,评价太阳模拟器光谱失配误差
GB/T6494一2017 A.2.2辐照度不均匀度 利用规格不大于2cm×2cm待测太阳电池进行太阳模拟器辐照度不均匀度测量评价 具体方法 是在有效光斑区域内,选取最少如图A.1所示的9个测量点,通过移动太阳电池,测量太阳电池在每个 位置点的输出电流值 P0 Po P5 矩形测试光斑 圆形测试光斑 图A.1辐照度不均匀度检测方法示意图 辐照度不均匀度按式(A.1)计算 Imax n E= ×100% A.1) ！十Im 式中 辐照度不均匀度; E ne 9个测量点中测得的最大输出电流值,单位为毫安(mA) 9个测量点中测得的最小输出电流值,单位为毫安mA) Imn A.2.3辐照度不稳定度 利用规格不大于2emX2cm待测太阳电池进行太阳模拟器辐照度不稳定度测量评价 具体方法 是选择光斑中心为唯一测量点,在30min内以等时间间隔的方式完成30次测量,记录下每次测量的输 出电流值 辐照度不稳定度按式(A.2)计算 100% A.2 E X = 式中 Em 辐照度不稳定度 I" -30次测量点中测得的最大输出电流值,单位为毫安mA); I' -30次测量点中测得的最小输出电流值,单位为毫安mA
GB/6494一2017 附 录B 规范性附录 太阳电池光谱失配误差修正方法 B.1范围 本方法规定了在AM0,25C条件下,进行太阳电池电性能测试时,当太阳模拟器输出光谱与标准 AM0光谱不一致、被测太阳电池与标准太阳电池的光谱响应不一致时,对太阳电池电性能测试进行修 正的方法 B.2确定光谱失配因子 测试标准太阳电池的光谱响应[S.(a]和被测电池的光谱响应[Smka.(a],并测试太阳模拟器的 光谱分布[E.(A)],然后用式(B.1)计算太阳电池的光谱失配因子(MM. E(A)S(A)dE.(A)Sm.(a)d2 MM一 (B.1 .(a)S.(a)d|E(a)s.(a)d E 式中: MM 太阳电池的光谱失配因子 E(a) 标准AM0光谱分布,单位为瓦每平方米纳米[w/m'nm)]; -波长,单位为纳米(nm); .(A E 太阳模拟器的光谱分布,单位为瓦每平方米纳米[w/mnm)] meas 标准太阳电池的光谱响应; el .A S. 被测电池的光谱响应 sample B.3光谱失配因子的修正 在校准太阳模拟器输出光谱和辐照度时,将标准太阳电池的标定值I.标定值)按式(B.2)进行调 整,调节太阳模拟器的输出光谱和辐照度,使标准太阳电池短路电流应满足新的电流值I(太阳模拟 器)的要求,然后再进行太阳电池电性能的测试 sc-st0 (B.2 MM 式中 标准太阳电池经修正后在太阳模拟器下的电流值,单位为毫安mA); 标准太阳电池在AM0标准条件下的标定电流值,单位为毫安m.A.
GB/T6494一2017 录 附 资料性附录) 太阳电池电性能测试报告表 太阳电池电性能测试报告表见表c.1 表c.1太阳电池测试报告表 名称 电池编号 品种 电池类型 受光面积 质量 轮廓尺寸 测试要求 单结 多结 生产日期 交件人 生产单位 交件日期 测试条件 实测数据 测试地点 P w 环境温度 % 相对湿度 FF A 测试温度 测试光谱 标准光谱辐照度 w/m 测试I-V曲线图号 主要测试仪器及设备 标准太阳电池 测试光源 电测系统 种类 编号 种类 型号 精度 等级 级别 数字电压表 短路电流 有效辐照面 电子负载 标定系数 制造单位 取样电阻 鉴定部门 温度测量仪 与被测太阳 电池的光谱 电压测量系统 光谱失配误差 失配因子 数据采集与处理系统 测试单位 测试者 测试时间 审核 10