一種稱之為鈣鈦礦的材料具有絕佳的光電轉(zhuǎn)化能力，被視為太陽(yáng)能電池的最新應(yīng)用材料，應(yīng)用在太陽(yáng)能領(lǐng)域僅僅2-3年，已經(jīng)成功地將太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率提高到15%，這已經(jīng)接近市場(chǎng)上硅太陽(yáng)能電池的20%的轉(zhuǎn)換率。南洋理工大學(xué)的跨學(xué)科科學(xué)家團(tuán)隊(duì)成功地解釋這種材料的機(jī)理。其論文發(fā)表在2013年10月18日的《科學(xué)》雜志上。研究人員發(fā)現(xiàn)光線產(chǎn)生的電子，可以走得很遠(yuǎn)，這樣一來(lái)，就可以制造較厚的太陽(yáng)能電池，以吸收更多的光線，產(chǎn)生更高的電流，取得更高的光電轉(zhuǎn)化效率。

新加坡維信科技在提供南洋理工大學(xué)這支跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的測(cè)試服務(wù)過(guò)程中，了解到一些鈣鈦礦電池的獨(dú)特性。有別于常規(guī)的硅太陽(yáng)能電池，它對(duì)于測(cè)量光譜響應(yīng)，精確測(cè)量轉(zhuǎn)換效率以及選購(gòu)它們相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器，光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)，太陽(yáng)能模擬器都有一些特殊的考量因素。

 1. 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)測(cè)量：

有別于硅太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)始于300nm，止于800nm，在300nm至400nm的紫外光范圍，就有很高的光譜吸收能力，在可見(jiàn)光400nm 至700nm的光譜范圍，其光譜吸收能力達(dá)到最高。

這就對(duì)測(cè)量設(shè)備提出一些特別的要求：
  v 光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)必須從300nm開(kāi)始就有非常良好的測(cè)量精度和很高的信噪比。由于石英燈所含的300nm-400nm紫外光能量很小，進(jìn)入單色儀，經(jīng)過(guò)光柵（Grating）之后從狹縫（slit）出來(lái)的紫外光幾乎沒(méi)有或者容易被環(huán)境光所淹沒(méi)。對(duì)于采用單一光源--石英燈的光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)幾乎就很難測(cè)量出鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在300nm至350nm的光譜響應(yīng)。

  v 即使采用氙燈作為光源，它有非常豐富的紫外光能量，但在：300nm-400nm紫外光能量相對(duì)于500nm-700nm的可見(jiàn)光譜能量，其比例非常低。所以當(dāng)它們同時(shí)或者濾光之后進(jìn)入單色儀，經(jīng)過(guò)光柵（Grating）之后從狹縫（slit）出來(lái)的紫外光也幾乎被光源本身的雜散光所淹沒(méi)。因此光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)采用的單色儀必須要有非常高的雜散光抑制能力(Straylight Suppression)。通常，聚焦長(zhǎng)度(focus length)較長(zhǎng)（F > 300mm）的單色儀，會(huì)有比較好的雜散光抑制能力。
        2、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的I-V特性測(cè)量：
       2.1 精確測(cè)量太陽(yáng)能模擬器的光譜：
       太陽(yáng)能模擬器是I-V測(cè)量系統(tǒng)的核心部件，參考IEC標(biāo)準(zhǔn)，A級(jí)模擬器必須具備的光譜范圍是400nm 至1100nm，它覆蓋了硅電池組件的實(shí)際應(yīng)用的光譜范圍。而之前我們已經(jīng)了解到：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在光譜300nm至400nm的紫外光已經(jīng)有了非常高的光譜吸收能力。顯然即使是如圖示Fig.3 所示的常規(guī)A級(jí)太陽(yáng)能模擬器，也不一定能滿足精確測(cè)量鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的要求。在實(shí)際選購(gòu)的時(shí)候，我們更希望了解模擬器在300nm 至800nm的實(shí)際光譜能量分布情況，如附圖Fig.4所示。

目前市場(chǎng)上用來(lái)測(cè)量模擬器光譜的手提式光譜功率計(jì)(Spectroradiometer)，都采用柔性光纖將光導(dǎo)入由CCD作為感光傳感器的分光儀。如圖Fig.5所示，許多柔性光纖的傳導(dǎo)光譜范圍也只是從400nm開(kāi)始。所以精確測(cè)量模擬器在300nm至400nm的光譜能量，需要采用特別的光纜，它的傳導(dǎo)光譜范圍覆蓋UV-VIS。同時(shí)分光儀采用的CCD感光傳感器件最好是UV增強(qiáng)型的。

2.2 精確定標(biāo)太陽(yáng)能模擬器的光強(qiáng)：1000W/m2 @AM1.5G 光譜
       通常，我們都會(huì)用一種稱之為“參考電池片，Reference solar cell” 的標(biāo)準(zhǔn)電池片去定標(biāo)模擬器的光強(qiáng)。需要注意的是，參考電池片也有不同的光譜響應(yīng)范圍。如果采用的是具有單晶硅太陽(yáng)能電池光譜特性的參考電池片，它所標(biāo)定的是光譜范圍300nm至1200nm的光譜總的平均功率。和我們希望精確定標(biāo)的光譜范圍：300nm 至800nm 有時(shí)會(huì)有相當(dāng)大的差別。
解決的方法之一是選擇一種參考電池片具有和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池類似的光譜響應(yīng)范圍，如圖Fig.6所示， KG3的參考電池片，它的光譜響應(yīng)范圍在300nm 至 900nm。
如果選用的太陽(yáng)能模擬器具有如圖Fig.4所示的光譜匹配度(±10%)，采用上述的KG3 參考電池定標(biāo)出的模擬器光強(qiáng)，已經(jīng)能夠滿足日常的測(cè)試要求。如果需要更準(zhǔn)確的測(cè)量鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，那就需要采用額外的二種方法：
方法一：光譜失配因子修正：M系數(shù)；
模擬器的實(shí)際光譜失配是個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，它的數(shù)值隨燈的使用時(shí)間而發(fā)生變化，通常紅外波長(zhǎng)的能量會(huì)隨燈的使用時(shí)間而增加，而紫外波長(zhǎng)的能量相對(duì)減少。所以在模擬器新安裝，開(kāi)始使用的時(shí)候，即使有如圖Fig.4所示的理想的光譜，但是經(jīng)過(guò)400-500小時(shí)的使用，光譜的失配度可以達(dá)到±25%，雖然它仍然是A級(jí)光譜。

要計(jì)算這個(gè)失配因子M系數(shù)，就必須精確測(cè)量出：模擬器實(shí)際的、當(dāng)下的光譜：Es(λ)；以及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)：ST(λ)。ERef（λ）是AM1.5G光譜，SR(λ) 是參考電池的光譜響應(yīng)。
方法二：定標(biāo)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的短路電流：Isc/Jsc；
參考光譜響應(yīng)ST(λ)的定義：ST(λ) = 產(chǎn)生的短路電流 / 照射在它上面的光譜功率，單位： (A W-1 nm-1)
如果能夠精確測(cè)量鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)，那么，它在AM1.5G 光譜的太陽(yáng)光照射下的短路電流是可以計(jì)算出來(lái)的：
Isc (AM1.5G) = ∫光譜響應(yīng) SR(λ) X AM1.5G 光譜；
 但前提條件是：測(cè)量光譜響應(yīng)SR(λ) 必須滿足以下條件：

v   測(cè)量用的單色光必須均勻地覆蓋整個(gè)電池表面；
v   整個(gè)電池表面的光照強(qiáng)度接近1000W/m2；
v   電池的溫度控制在25度±2oC;

具備這樣的測(cè)試條件和測(cè)量能力的實(shí)驗(yàn)室需要投入大量的資金和人員。維護(hù)這些設(shè)備就更需要有訓(xùn)練有素的團(tuán)隊(duì)。中國(guó)光伏測(cè)試網(wǎng)已聯(lián)合新加坡維信科技，把在新加坡的成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)移植來(lái)中國(guó)，建立起了具備以上測(cè)試能力的實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)放給國(guó)內(nèi)的大學(xué)，研究所，滿足研究生，博士生對(duì)精確測(cè)量電池轉(zhuǎn)換效率，以及Isc Loss Analysis的需求。歡迎國(guó)內(nèi)大學(xué)研究所的研究生，博士生，前來(lái)使用我們的測(cè)量設(shè)備。也歡迎進(jìn)行技術(shù)交流與合作，共同開(kāi)發(fā)光伏測(cè)試技術(shù)、測(cè)試?yán)碚摵蜏y(cè)量方法，共同促進(jìn)中國(guó)光伏事業(yè)的發(fā)展。