GB T 6494-1986 航天用太阳电池电性能测试方法.pdf

1、UDC 62 1. 352 (086.6) : 62 1. 317.3 R-监攫幽噩圃翩翩，中华人民共和国国家标准GB 6494-86 航天用太阳电池电性能测试方法Measurement procedures f or electrical characteristics of astronautic solar cells 1986-06-18发布1987-06-01实施国东标准局批准中华人民共和国-国家标准航天用太阳电池电性能测试方法Mensurement procedures for el配tricalcharacteristics of astronautic solar cells

2、UDC 621.352 (086.6) : 62 1. 317.3 GB 6494-86 本标准适用于无聚光器的航天用单体太阳电池、太阳电地纤l仲、太阳电池组合损和太阳电池方阵，以及王作标准太阳电池电性能的测试*。本标准不适用于一级和二级标准太阳电池的测试。1 原理测量太阳电池的电性能归结为测量它的伏安特性。由于伏支特性与测试条件有关，必须在统一规定的标准测试条件下进行测量，或将测量结果换算到标准测试条件。标准测试条件包括标准阳光(标准光谱和标准辐照度)和标准测试温度。测试光源、可选用人造测试光源(太阳模拟器或其他模拟阳光光源)或自然阳光。使用人造测试光源时，辐照度用标准太阳电池的短路电流标定

3、值来校准。为了减少光谱失配误差，测试光源的光谱应尽量接近标准阳光光谱，或选用和被测电池光谱响应基本相同的标准太阳电池。2 电性能测试的一般规定1 标准测试条件2. 1. 1 本标准规定AMO标准阳光光语为空间标准阳光光说(见附录D)0 2. 1. 2 空间阳光的标准辐照度规定为1367V/口11。2. 1. 3 标准测试温度规定为2SC。2. 1. 4 标准测试温度的允差为士1C。2.2 测量仪器与装置. 2.1 标准太阳电池2.2. 1. 1 标准太阳电池用于校准测试光湃的辐照度。2.2. 1. 2 对AMOT作标准太阳电池进行测试时，用AMO二级标准太阳电池校准辐照度。2.2. 1. 3

4、在非定标测试中，一般用AMO工作标准太阳电池校准辐照度。要求自时，用AMO二二级标准太阳电池。2.2.2 电压表(包括一切测量电压的装置2.2.2.1 电压表的精确度应不低于0.5级。2.2.2.2 电压表的内阻应不底子20kQ /V，推荐使用数字式电)f表。2.2.3 电流表(包括a切测量电流的装置)2.2.3.1 电流表的精确度应不低于O.S级。2.2.3.2 电流表内阻应小到能保证在测量短路电流时，被测电池两端的电压不超过开路电压的3%。当要求更精确时，在开路电压的3%以内可利用电压和电流的线附关系来推算完全短路时的挝路电流。*在本标准中，工作标准太阳电池的测试简称定标测试，其他统称非i

5、标测试c国家标准局1986-06-18发布1987-06-01实施GB 6494-86 2.2.3.3 推荐用数字毫伏表测量取样电阻两端电压降的方法来测量电流。2.2.4 取样电阻2.2.4.1 取样电阻的精确度应不低于:tO. 2 %。2.2.4.2 必须采用四端精密电阻。2.2.4.3 电池短路电流和取样电阻阻值的乘积应不超过电池开路电压的3%。2.2.5 负载2.2.5.1 负载电阻应能从零乎情地调节到画出完整的伏安特性曲线为止。2, 2.5.2 必须有足够的功率容量，以保证在通电测量时不会因发热而影响测量精确度。l.2 , 5.3 当可变电阻不能满足2.2.5.1和2.2.5:2时，应

6、采用等效的电子可变负载。2.2.6 tJ数记录仪2.2.6.1 函数记录仪用于记录太阳电池的伏安特性曲线。2.2.6.2 函数记录仪的精确度应不低于0.5级。2.2.6.3 对函数记录仪内阻的要求和对电压表内阻的要求相同，见2.2.2.2。2.2.7 温度计2.2.7.1 温度计或测温系统的仪器误差应不超过:t0.5C。2.2.7.2 测温系统的时间响应应不超过1s。2.2.7.3 测温探头的体积和形状应保证使它能尽量靠近太阳电池的pn结安装。2.2.8 室内测试光源见3.102.3 测试项目2. a. 1 开路电压Voc。2.3.2 短路电流1sc。2, 3.3 最佳工作电压Vm。雪.3.4

7、最佳工作电流1m。t.3-5 最佳输出功率Pm。2.3.6.光电转换效率。2.3.7 填充因数FF。更l事8伏一安特性曲线或伏安特性。2: -3.9 知路电流温度系数，简称电流温度系数(附录B)0 2.3.10 开路电压温度系数，简称电压温度系数(附录B) 0 2.3.11 内部串联电阻Rs(附录C)。费4基本测试方法和电路2, 4.1 2.3所规定的测试项目中，开路电压和短路电流可以用电表直接测量，其他参数从伏安特性求出。2.4.2 太阳电池的伏安特性应在标准地面阳光、太阳模拟器或其他等效的模拟阳光光源下测量。. 4.3 太阳电池的伏安特性应在标准测试条件下测试，如受客观条件所限，只能在非标

8、准条件下测试，贝IJ测试结果应换算到标准测试条件;换算的方法见附录A。2.4.4 在测量过程中，单体太阳电池的测试温度必须恒定在标准测试温度。2.4.5 太阳电池组件、组合板或方阵的测试温度允许用遮光法控制。2.4.6 测试平面上的辐照度必须用标准太阳电池来校准，不允许用其他辐射测量仪表。2.4.7 用于校准辐照度的标准太阳电池应和待测太阳电池具有基本相同的光谱响应飞2.4.8 测量伏安特性的电路框图见图1: *同材料、同结构、同工艺的太阳电池具有基本相同的光谱响应。2 GB 6494-86 测量太阳电池的电压和电流时，应从被测件的端点单独引出电压线和电流线。待溃l电池标准电池电流测量线可变负

9、载测量仪表呻. 电压测量线视j温探头I 1 一一一一一一一一-一一一一一-一一一一一一一一一一一-一一一一+甲.I 精寄电阻图1测量伏安特性的电路框图! 温度监控i一二2.5 从非标准测试条件换算到标准测试条件当测试温度、辐照度和标准测试条件不一致时，可用附录A的换算公式校正到标准测试条件。2.6 数据处理及测试报告2.6.1 测试报告应给出测试设备电测系统的系统误差及重复性误差。2.6.2 定标测试除要求2.6.1外，当被测电池和标准电池的光谱响应不符合基本相同的条件时，还必须给出能计算光谱失自己误差的光谱数据。2.6.3 测试数据应取不少于3次的算术平均值，并给出不确定度。2.6.4 转换

10、效率应按包括栅线面积在内的电池受光总面积来计算。2.6.5 测试报告必须写明:被测电池概况、测试条件、实测数据、以及换算到标准测试条件的数据，测试时所使用的标准电池的等级、编号和主要电性能数据等。详见附录E。3 室内人造测试光源下测试3.1 测试光獗的选择3. 1. 1 测试平面上的辐照度:应能在600W 1m2到1500W1m2范围内调节。3. 1. 2 光谱匹配及辐照不均匀度应不低于附录F的要求。3. 1. 3 辐照不均匀度3. 1. 3. 1 在测量单体电池时5辐照不均匀度用不超过被测电地面积1/4的单体电池来检测。3. 1. 3.2 在测量组件、组合板时，辐照不均匀度用不超过被测组件面

11、积1I 10的单体电池来检测。3 GB 6494-86 3. 1. 3.3 辐照不均匀度是对测试、十三面上不同点的辐照度来说的，当辑照度不随时间改变时，辐照不均匀度按下式计算。最大辐照度一最小辐照度辐照不均匀度=士x 100% 最大辐照度+最小辐照度3.1.4 辐照的不稳定度测试平面k同一点的辐照度随时间改变时，辐照不稳定度按下式计算，并注明时间间隔。最大辐照度一最小辐照度辐照不稳定度=:t :-/I: :- =: x 100 % 一最大辐照度+最小辐照度3. 1. 5 辐照的准直性要求照射到被测器件表面的辐射光束中，非准直光束的辐照度应不超过总辐照度的25%。3. 1. 6 关于辐射光束的视

12、角和准直部分的规定3. 1. 6. 1 辐射光束的视角z系指辐射光束中，照射到测试半面k任一点的两条辐射线的最大夹角(见图2)。图2视角示意图3. 1. 6.2 辐射光束的准直部分是从视角中剧分出来的一部分，该部分的角i.分线垂直于测试平面。3. 1. 6.3 在非定标测试中，要求准直部分不超过100。3. 1. 6.4 在定标测试中，要求准直部分不超过50。.i. 1. 7 作定标测试的光源必须给出从0.3到1.2m范围内，每一波长间隔(L1=0.1m)和AMO标准阳光在同一区间的光谱能量分配的百分tt的比值，以便计算光谱失配误差。3. 1. 8 当被测电池与标准电池的光谱响应基本相同时，对

13、测试光源的光谱不作严格要求，其测试效果和标准阳光相间，称为等效辐照法。3. 1. 9 调节辐照度时，光谱的改变应保证失配误差不起出允许范围。3.2 测量方法3.2.1 温度的测量和控制3.2. 1. 1 单体电池的测试温度必须恒定在标准测试温度。3.2. 1. 2 温度的测试点应尽量靠近Pn结。a. 在定标测试中，测试点的温度和Pn结的工.作温度相差应不超过士0.5C。b. 在非定测试中，测试点的温度和Pn结的工作温度相差应不超过:!:1 C。3.2. 1. 3 太阳电池的组件、组合板、方阵的温度测量和控制。3.2. 1. 3.1 组件、组合板、方阵允许在非标准测试温度下测量。3.2. 1.

14、3.2 在测量周期中，不同点的温度差不超过:!:2 C。同一点的温度变化不超过:!:2 C。3.2. 1. 3.3 在没有恒温控制的情况下，应使被测件的温度和环境温度达到平衡，然后测量。3.2. 1. 3.4 为了保证在测量过程中温度基本保持不变，井和环境温度一致，推荐用以下二种方法。4 GB 6494-86 a. 使用脉冲式太阳模拟器见附录F)0 b. 在测试前后用遮光板和挡风板将被测件围住，仅在测试周期内让被测件受光照。3.2.2 辐照度的校准z将标准太阳电池放在待测电池的位置，调节辐照度，使标准电池的短路电流重现其标定值。然后用待测电池代替标准电池，即可进行测试。在辐照均匀区范围内，也可

15、将标准电池和待测电池并排放置。3.2.3 按图1接好测试线路，平滑地调节负载电阻或等效的电子负载，用函数记录仪或其他等效的方法记录所测电池的伏安特性。3.2.4 从伏安特性可以得到所需的电性能参数。4 室外阳光下测，试4.1 测试场地及周围环境4. 1. 1 测试场地周围应空旷，无遮光、反光及散光的任何物体。4. 1. 2 测试场地周围的地面上应无高反射的物体，如冰雪、自灰和亮沙子等。4. 1. 3 测试场地周围应空气清洁，尽量避开灰尘、烟雾或其他大气污染。4.2 气候及阳光条件4.2.1 天气晴朗，太阳周围无云。4.2.2 阳光总辐照度不低于标准总辐照度的80%。4.2.3 散射光所占比例不

16、大于总辐射的15%。4.2.4 在测试周期内，辐照的稳定度应不大于:t1 %。4.3 安装要求被测电池、标准电池应安装在同一平面上，并尽量靠近。测试平面的法线和人射光线的夹角应不大于5.C。4.4 温度的测量和控制4.4.1 单体太阳电池温度的测量和控制同3.2.1。4.4.2 组件、组合板或方阵的温度测量z用二支或二支以上温度计，紧靠在被测件周围遮光部分不同的点。当温度计的读数稳定，各温度计的读数相差不超过1C时，以各温度计读数的平均值作为被测件的温度。4.5 测量伏安特性测量伏安特性同3.2.3，并同时记录标准电池的短路电流。4.6 数据的换数参照附录A，或采用其他等效的方法将测量结果换算

17、到标准测试条件，或其他所需的环境条件。4.7 在地面阳光条件下测试航天用太阳电池时应符合下列规定。4.7.1 被测电池和标准电池的光谱响应基本相同的条件应从严要求。4.7.2 将被测电池和标准电池都装在准直筒内，以满足3.1.5和3.1.6。R 哇GB 6494-86 附录A从非标准测试条件换算到标准测试条件(参考件)A .1 当测试温度、辐照度和标准测试条件不一致时，可用以下公式校正到标准测试条件。12 = 11 + 1 SC (一生R_ i J +(T2 - T1) . (A 1) lMR V2 = V1 -也(!2 - 11) - K 1 2 (T 2 - T1) +(T2一T1).:.

18、(A2) 式中:11、风一一待校正特性曲线上，点的坐标z12、民一一校正后的特性曲线上，对应点的坐标，Isc 一一所测电池的短路电流，1MR一一标准电池在实测条件下的短路电流，IsR一一标准电池在标准条件或所需条件下的短路电流，T1一一测试温度，T2一一标准测试温度，Rs一一所测电池的内部串联电阻zk一一曲线校正因子F一一所测电池在标准辐照度下，以及在所需的温度范围内(在可视为常数的温度范围内的短路电流温度系数，一一和上述短路电流温度系数相对应的开路电压温度系数。注g以上各参数的单位必须统一。A .2 曲线校正因子K的确定。A.2.1 把辐照度调节在这样的范围A2不低于标准辐照度的70%，不超

19、过标准辐照度的130%。A .2.2 在所需的温度变化范围内选择3个不同的测试温度T3T4丸。而且T3和T5至少应相差30C。A .2.3 用下列公式把电流和电压从测试温度T3换算到孔。14二13+(T4-T3) . (A3) V4 = V3 -K14 (T4T3) +(T43) . . . . (A4) 式中:13、几一一温度为T3时，伏安特性曲线上点的坐标，14、只一一温度为T4时，伏安特性曲线上对应点的坐标。式中K用试探法确定。把试探值Ko代人上式，和实测曲线相比较，如相差较大，适当改变试探值，再比较。直到上式和实测曲线基本吻合，记下这个K1。对于单晶硅和多晶硅电池，推荐取试探值Ko=

20、1. 25 X 10-3 Q / c。A .2.4 在T4和T8之间，几和T5之间，重复执行A.2.3，分别得到K2和K.。A .2.5 取K1、几扣K3的平均值作为曲线校正因子K。6 GB 6494-86 附录B太阳电池电流和电压温度系数的测量(参考件)太阳电池的短路电流温度系数和开路电压温度系数随辐照情况而改变，并与温度有关，因此必须在规定的辐照条件下进行测量。而测量结果只在所测的温度范围内适用，温度范围根据需要来确定。B .1 测试光源用太阳模拟器或其他模拟阳光，推荐使用脉冲式太阳模拟器。B .2 温度传感器附着在被测的太阳电池上，尽量靠近Pn结。B .3 被测件安装在能控制温度的测试架

21、上，接触面应有良好的热传导。温度恒定在标准测试温度。B .4 工作标准电池和被测电池并排放置在测试平面的有效辐照区内。B .5 用工作标准电池校准辐照度。校准的右法见3.2.20B .6 把温度调节到所需温度范围的最低点。测量开路电压和短路电流。B .7 把温度升高10.C，稳定后再测量开路电压和短路电流。B .8 重复B.7，直到所需温度范围的最高点。B .9 用统计方法处理数据，画出短路电流一温度以及开路电压一温度二条曲线。B .10 在所需温度范围的中点，求出上述二条曲线的斜率，即和。B .11 太阳电池组件、组合板和方阵的温度系数可根据单体电池的温度系数，以及单体电池的串、并联个数算出

22、。= np .c(B 1) = ns .c. (B 2) 式中z矶和乱一一单体电池的电流和电压温度系数:和一一组件、组合板或方阵的电流和电压温度系数Fnp一一单体电池的并联个数zns一一单体电池的串联个数。B .12 当温度低于环境温度时，为了防止被测件的表面生成冷凝水珠，可以用干燥的氮气保护，必要时在高真空中测试。7 GB 6494 -86 附录C太阳电池内部串联电阻的测量参考件测量太阳电池内部串联电阻可用以下方法，也可采用其他精度不低于本方法的测量方法。C .1 本方法在太阳模拟器或其他模拟阳光下测量太阳电池的内部串联电阻。所用的装置和测量伏安特性的装置相同，但要求测试平面上的辐照度大致能

23、在600W1m2到1200W1m2范围内调节。C .2 用二种不同的辐照度，分别测量二条伏一安特曲线，画在同一坐标上，如图C10二种辐照度大致取为900W1m2和1100W 1m2，不需知道正确的数值。辐照度改变时要求温度变化不超过2C。C .3 下图中，在二条曲线的最大功率点附近各选择一点P和Q，使满足I蚓二Ip= Isc2 - IQ C .4 按下式算出Rs:吓一句-EFI Q一Y一们FFI R . ( 1) C .5 保持温度不变，把辐照度调节到700W1m2左右，再描给一条伏一安特性曲线3。C .6 重复C.3和C.4，从曲线2和3算出Rs，从曲1和3算出Rs20 C .7 被测太阳电

24、池的内部串联电阻. . Rs = RSl + RS2 + RS3 (C 2) 3 lp lse 1 sc 2 lQ Vp V Q 8 中心波长m 0.300 0.310 0.320 0.330 0.340 0.350 0.360 0.370 0.380 0.390 0.400 0.410 0.420 0.430 0.440 0.450 0.460 0.470 0.480 0.490 0.500 0.510 0.520 GB 6494-86 附录DAMO标准太阳光谱数据(参考件才二均光i普辐照度中心波长W. m -2 .m -1 m 536 0.530 625 0.540 714 0.550 9

25、68 0.560 898 0.570 983 0.580 973 0.590 1117 0.600 1109 0.610 1039 0.620 1487 0.630 1704 0.640 1736 0.650 1591 0.660 1843 0.670 2005 0.680 2042 0.690 1990 0.700 2027 0.710 1896 0.720 1907 0.730 1926 0.740 1831 0.750 平均光谱辐照度Wm -2，m-I 1894 1897 1891 1856 1839 1839 1769 1751 1728 1690 1659 1636 1598 151

26、6 1512 1474 1421 1432 1393 1375 . 1361 1311 1271 9 、GB 6494-86 中心波长、|三均光i普辐照度111心校长平均光i普辐照度m W. m -2 .m -1 m W. m -2.m-1 0.760 1225 0.990 762 0.770 1191 1.000 744 。.7801181 1. 010 733 0.790 1151 1. 020 711 0.800 1147 1.030 696 -0.810 1114 1.040 687 0.820 1069 1.050 666 0.830 1041 1.060 646 0.840 102

27、1 1. 070 639 0.850 993 1.080 623 0.860 1002 1. 090 611 0.870 972 1. 100 606 0.880 966 1. 110 600 0.890 945 1. 120 580 0.990 913 1. 130 568 0.910 875 1. 140 56.0 0.920 841 1. 150 551 。.930830 1. 160 543 0.94.0 801 1. 170 532 0.950 778 1. 180 518 0.960 771 1.190 511 0.970 764 1.200 499 0.980 769 本附录用于

28、计算光谱失配误差。表中平均光谱辐照度是以中心波长为中心，波长间隔为0.01m范围内光谱辐照度的积分平均值。10 名称编字J r仁7111 种单体好f牛组合板方阵制造日期制造单位测试条件地点环气温 I竟湿度% (相对)测试温度 辐照度光i普AM 视角自然阳光光源模拟阳光标准太阳电池编军王3 干等级短路电流标定值完全一致光说响应和待基本相同洲电池相比较差别很大不清楚测试单位GB 6494-86 附录E太阳电池测试报告单(补充件)被视IJ太阳电池概况类型并联数并联数面制I 重量W尺7寸7石一正言求一十一一一一一交件人交件日期实测数据换算到标准测试条件Isc mA , A mi气，AV oc mV ,

29、 V mV , V Pm mW , W mW, W Vm mV , V mV , V 1m mA , A mA , A FF % % m/ A mW/cm2, W/m2 mW/cm2 W/m2 PmW mW/ 1/:, W/kg; 陀Y!g)kg 主要测试仪器与装置室内测试光源电测系统等级或特性仪器型号精确度、电光源种类电压表有效辐贿、面积电流表制造单位标准电阻鉴定部门电!王测量系统电流测量系统光谱数据功率测量系统记录仪审核主管公章注g本报告单的内容根据需要填写。11 GB 6494-86 附录F选用AMO人造测试光源的要求(参考件AMO人造测试光源包括各种AMO太阳模拟器稳态的和脉冲式的)，

30、同以及各种AMO模拟阳光光源。F . 对光谱响应未知的太阳电池进厅非定标测试时，光谱失配误差JW不大于2%。F .2 在二级标准电池和工作标准电池光谱响应基本相同的条件下，工作标准电池的定标测试允许用任何人造测试光源，但其辐照不均匀度应不大于士3%。F .3 单体电池进行非定标测试时，辐照不均匀度应不大于士3.5%。F .4 组件、组合板边行非定标测试时，辐照不均匀度应不大于土5%。F .5 在被测电池和工作标准电池光谱响应基本一致的条件下，非定标测试可以选用任何人造测试光源。但辐照不均匀度应满足F.3或F.4。F .6 光谱失配误差按下式计算:r r ST .Eo Ss .Eo -, r E

31、s寸光谱失配误差=j|I F l!一一一-1 1 d J LJST .Eodf 忌.F.().JL Eo .J 式rt1:ST一一-被测电池的光谱响应zS5一一标准电池的光谱响应EEo一-AMo标准太阳光谱FEs一一太阳模拟器的光谱。12 附加说明:本标准由中华人民共和国电子工业部提出。本标准由西安交通大学、电子部十八所负责起草。本标准主要起草人黄嘉豫。也|l守白守也白。法方试日测1准能i共性创标电卜民Z池*人写阐3华国刘用天航国中中国标准出版社出版北京复外三里河中国标准出版社北京印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售版权专有不得翻印 开本880x 1230 1/16 印张1字数21，0001986年1i月第一版1986年11月第一次印刷印数1-2, 000 定价0.52元 书:号:15169 1 - 4197