太阳光模拟器的光强是否真的是1000瓦每平方米？光谱是否真的匹配AM1.5G标准？没有参考电池就没有判断依据。参考电池（也叫标准电池）是太阳光模拟器光强标定的基准量具，相当于砝码对天平的作用。我们上海科迎法电气在太阳光模拟器交付时都会配套参考电池。本文讲清楚参考电池的选型、使用和校准方法。
太阳光模拟器电池选型和校准方法
一、参考电池的作用和原理
参考电池的作用是标定太阳光模拟器的实际辐照度。参考电池是一种经过权威机构标定的标准太阳电池，其短路电流和入射光强成正比。将参考电池放在太阳光模拟器光斑中，测量其短路电流，通过标定系数换算成辐照度值。
原理公式。参考电池的短路电流Isc_ref等于响应度R乘以辐照度E。R是参考电池的标定系数（由权威机构标定，单位安培每瓦每平方米）。如果标定系数R等于0.01安培每瓦每平方米，在标准1000瓦每平方米辐照度下Isc_ref等于0.01安培即10毫安。如果实测Isc_ref等于9.5毫安，实际辐照度E等于9.5除以0.01等于950瓦每平方米。
为什么不能直接用总辐射计标定光强。总辐射计（热电堆型）测量的是总辐照度（所有波长积分），不区分光谱。太阳光模拟器的光谱和自然阳光有差异，如果用总辐射计标定，可能总辐照度1000瓦每平方米但光谱匹配度差（某个波段过强或过弱）。参考电池的量子效率和被测电池的量子效率相似，标定时已经考虑了光谱差异的影响。对于晶硅电池测试，用晶硅参考电池标定。对于钙钛矿电池测试，用钙钛矿或晶硅参考电池标定（取决于光谱匹配情况）。
二、参考电池的类型
类型一 晶硅标准电池。最常用的参考电池。基材单晶硅，量子效率覆盖300到1200纳米。适用于晶硅电池、多晶硅电池太阳光模拟器光强标定。晶硅标准电池稳定性好（年衰减小于0.5百分比），成本约3000到10000元。
类型二 钙钛矿标准电池。基材钙钛矿薄膜，量子效率覆盖300到800纳米。适用于钙钛矿电池测试的太阳光模拟器光强标定。钙钛矿标准电池稳定性差（年衰减2到5百分比），需要频繁校准。成本约5000到15000元。
类型三 碲化镉标准电池。基材碲化镉薄膜，量子效率覆盖300到900纳米。适用于薄膜电池测试。成本约5000到12000元。
类型四 宽带标准电池。用宽禁带半导体材料（如SiC或GaN），量子效率覆盖200到400纳米紫外波段。适用于紫外太阳光模拟器标定。成本约8000到20000元。
类型五 热释电探测器。不是太阳电池，而是热电型探测器。测量总辐照度不区分光谱。作为参考电池的补充，用于监测太阳光模拟器总辐照度稳定性。成本约2000到5000元。
三、参考电池选型要点
要点一 量子效率匹配被测电池。被测电池是晶硅选晶硅参考电池。被测电池是钙钛矿选钙钛矿参考电池。被测电池是叠层电池（钙钛矿加硅）选晶硅参考电池加钙钛矿参考电池两支。参考电池的量子效率曲线应和被测电池相似，光谱差异引起的测量误差才小。
要点二 标定系数溯源性。参考电池的标定系数应可溯源到国际标准。中国计量科学研究院（NIM）或德国PTB标定的参考电池具有最高溯源性。标定证书应包含标定系数值、标定条件（温度、辐照度）、不确定度（通常正负2百分比）和标定日期。
要点三 有效面积已知。参考电池的有效面积必须精确测量（误差小于0.5百分比），因为辐照度等于短路电流除以标定系数再除以有效面积。有效面积不准确直接传递到辐照度误差。
要点四 温度系数已知。参考电池的短路电流温度系数约0.05百分比每摄氏度（晶硅）。校准和测量时需要记录参考电池温度，修正到标准25摄氏度。
要点五 封装和保护。参考电池应安装在标准外壳中，有石英玻璃窗口保护电池表面。外壳带温度传感器（PT100铂电阻或热敏电阻），实时监测电池温度。外壳设计四探针接线方式，消除引线电阻影响。
四、参考电池使用方法
步骤一 预热太阳光模拟器。氙灯预热15分钟以上，LED预热5分钟以上，光强稳定后开始标定。
步骤二 放置参考电池。将参考电池放在样品台中心位置，和被测电池的放置位置一致。参考电池表面和光束垂直（倾斜角度小于1度）。
步骤三 记录温度。读取参考电池外壳上的温度传感器数值，确认温度在25正负2摄氏度以内。如果温度偏差大，等温度稳定后再测量。
步骤四 测量短路电流。用精密源表或电子负载测量参考电池的短路电流（零偏压下的电流）。测量3到5次取平均值。测量时间短于1秒避免温升。
步骤五 计算辐照度。实际辐照度E等于Isc实测值除以R标定系数。如果E等于1000瓦每平方米正负5百分比，光强合格。如果E偏差大于5百分比，调整太阳光模拟器灯电流使E回到1000瓦每平方米。
步骤六 记录数据。记录每次标定的日期、参考电池温度、实测Isc值、计算E值、灯电流补偿值。建立标定记录档案，用于追踪光强变化趋势。
五、校准周期和方法
校准周期一 参考电池校准。晶硅参考电池每年校准一次（送计量院或权威机构重新标定系数）。钙钛矿参考电池每半年校准一次（稳定性差）。如果参考电池年使用次数超过500次或怀疑测量不准，缩短校准周期到半年。
校准周期二 太阳光模拟器光强校准。每次测试前用参考电池标定一次光强。如果太阳光模拟器连续运行超过4小时，每4小时重新标定一次（氙灯光强随时间衰减）。
校准方法一 参考电池送检。将参考电池送到中国计量院或国际认证机构（如德国Fraunhofer ISE、美国NREL），重新标定短路电流和标定系数。送检周期2到4周，费用约2000到5000元。
校准方法二 现场比对法。如果有两支参考电池，一支作为工作电池日常使用，一支作为校准电池每年送检一次。每次使用前将工作电池和校准电池在同一个太阳光模拟器下比对，如果两个读数偏差大于2百分比，工作电池需要重新标定。
校准方法三 标准光源法。如果有标准光源（已知辐照度的稳定光源），将参考电池放在标准光源下测量，比对标定系数。标准光源可以是另一台已经校准的太阳光模拟器或太阳光（晴天正午户外，需修正大气质量AM和气溶胶AOD影响）。
六、常见问题
问题一 参考电池可以用被测电池代替吗。不可以。被测电池没有经过标定，不知道其短路电流和辐照度的精确关系，不能作为光强标定基准。参考电池的标定系数是经过权威机构标定的，具有溯源性。
问题二 参考电池表面脏了怎么清洁。用无尘布蘸无水乙醇轻轻擦拭石英玻璃窗口，不能用力按压电池表面。清洁后在洁净环境晾干，不要用热风吹。如果石英窗口有划痕影响透光，需要更换石英窗口。
问题三 参考电池不用时怎么保存。保存在恒温恒湿柜中（温度25正负3摄氏度，湿度小于50百分比），避免阳光直射和灰尘。钙钛矿参考电池还需要避光保存（暗态保存），防止光致衰减。参考电池外壳放入防静电袋中。
问题四 参考电池的温度系数怎么用。如果参考电池标定时的温度是25摄氏度，实测时温度是28摄氏度，需要修正。修正后的Isc等于Isc实测值除以括号1加0.0005乘以T减25。T是实测温度。修正后再计算辐照度。
上海科迎法电气科技有限公司
上海科迎法电气的太阳光模拟器标配一支晶硅参考电池（含温度传感器和石英窗口防护），标定证书可溯源至中国计量院。钙钛矿参考电池和其他类型参考电池可选配。太阳光模拟器光强标定是IV测试准确性的基础，建议每年定期将参考电池送检校准，确保标定系数有效。
