钙钛矿太阳能电池这两年很火，转换效率突破26%，接近晶硅电池的水平。但在实验室里测出来的效率和产线上实际效率往往有差距，其中一个容易忽略的原因就是测试光源不合适。我们做太阳光模拟器十多年了，给国内几十家钙钛矿研究团队供过设备，发现很多人用普通太阳光模拟器测钙钛矿，结果偏差很大。今天把原因讲清楚。
太阳光模拟器光化学合成图示
钙钛矿电池的吸收光谱范围比晶硅宽。晶硅电池的有效吸收波段大概在300nm到1200nm，钙钛矿可以延伸到900nm以上，有些叠层结构甚至到1500nm。普通太阳光模拟器的LED光源在800nm以后的光谱功率密度下降很快，钙钛矿电池在这个波段吸收的少了，测出来的效率就会偏低。我们给钙钛矿客户做方案时，光谱匹配度必须做到A+级（IEC 60904-9标准中的最高等级），在300nm到1100nm范围内光谱失配度不超过±12.5%。这意味着LED光源的选型要覆盖更宽的波段，红外部分的LED芯片要专门配，成本比普通模拟器高不少。
钙钛矿电池有个特点：光照下效率会缓慢衰减（光致降解），测试时间越长，测出来的效率越低。如果太阳光模拟器的光强稳定性不好，测试过程中光强在波动，你就分不清是电池真的在衰减还是光源在抖。IEC标准要求光强不稳定性等级A级，也就是测试周期内光强波动不超过±2%。我们对钙钛矿客户的建议是：选A+级稳定性（±1%以内），测试时间控制在10秒以内，尽量减少光致降解的影响。有些客户为了测试大面积钙钛矿组件，用扫描式测试，一扫就是几分钟，结果扫到后面效率掉了一大截，这个数据是不准的。
太阳光模拟器符合IEC60904-9中辐照不均匀度A级
钙钛矿电池的I-V曲线扫描不能用传统的慢速扫描。因为钙钛矿存在滞后效应（hysteresis），扫描速度不同，得到的效率值也不同。正向扫和反向扫可能差出两三个百分点。业内通行的做法是：用快速扫描（电压扫描速度不低于100mV/s），同时做正反双向扫描取平均值。这对太阳光模拟器的控制系统提出了要求——光源必须在扫描开始瞬间达到稳定状态，不能有启动延迟。我们做的钙钛矿专用模拟器，光源从开启到稳定的时间控制在50毫秒以内，配合快速电子负载，整个扫描过程在1-2秒内完成。
太阳光模拟器产品实拍
还有一个容易被忽略的点：钙钛矿电池对温度敏感。测试时电池温度要控制在25℃±1℃，温度高了效率掉得很快。我们给钙钛矿客户的方案里通常配一个温控样品台，用TEC半导体制冷把电池温度控稳。没有这个温控，夏天实验室温度30℃，测出来的效率比冬天低一个百分点都不奇怪。
总结一下，钙钛矿电池测试对太阳光模拟器的要求比普通晶硅测试高一个档次：光谱要覆盖到1100nm以上，光强稳定性要到A+级，扫描速度要快，还要配温控。用普通模拟器不是不能测，但数据的可信度要打折扣。如果你是做钙钛矿研究的，选设备的时候把这几个参数跟厂家确认清楚。
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我们上海科迎法的太阳光模拟器产品线里有专门针对钙钛矿和叠层电池的型号，光谱覆盖300-1800nm，支持快速双向I-V扫描。有钙钛矿测试需求的可以联系我们了解详细方案。
