JJF 2129-2024 钙钛矿太阳电池校准规范：光电性能参数.docx

WF中华人民共和国国家计量技术规范JJF21292024钙钛矿太阳电池校准规范:光电性能参数Ca1.ibrationSpecificationforPerovskiteSo1.arCe1.1.s:Photoe1.ectricCharacteristicParameters2024-12-14ift2024W14发布国家市场监督管理总局发布钙钛矿太阳电池校准规范:光电性能参数JJF21292024Ca1.ibrationSpecificationforPerovskiteSo1.arCe1.1.s:Photoe1.ectricCharacteristicParameters归口单位：全国光学计量技术委员会主要起草单位，中国计量科学研究院北京大学参加起草单位：中国科学院物理研究所中国科学院半导体研究所中国测试技术研究院本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：孟海风（中国计量科学研究院）熊利民（中国计量科学研窕院）朱瑞（北京大学）加起草人：张俊超（中国计量科学研究院）孟庆波（中国科学院物理研究所）游经碧（中国科学院半导体研究所）康张李（中国测试技术研究院）目录引言（三）I范围(1)2引用文件(I)3术语和计量单位(1)4概述(2)5计呈特性(2)6校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 校准方法(3)8校准结果表达(4)9复校时间间隔(4)附录A校准结果内页推荐格式(5)附录B校准原始记录内页推荐格式(6)附录C校准结果不确定度评定示例(9)JJF10712010£国家计量校准规范编写规则B、JJF1001通用计兄术语及定义和JJF1059.12012测量不确定度评定与表示共同构成本规范制定的基训性系列规范。本规范为首次发布。钙钛矿太阳电池校准规范：光电性能参数1范围本规范适用于在太阳模拟器物照卜钙钛矿太阳电池的光电性能参数校准，包括短路电流、开路电压、最大发电功率和光电转换效率等。其他新型太阳电池的相关参数校准可参照本规范执行。2引用文件本规能引用了下列文件：JJF1615-2017太阳模拟器校准规范JJF16222017太阳电池校准规范：光电性能GB.T2297太阳光伏能源系统术语IEC60904-1光伏器件第1部分：光伏电流-电压特性的测量(Photovo1.taicdevices-PartIiMeasurenientofphotovo1.taiccurrent-vo1.tagecharacteristics)注：GBfT6495.11996光伏器件第1部分：光伏电流-电压特性的测量(IEC904d:I987.IDT)IEC60904-4光伏器件第4部分：标准光伏器件校准溯源链的建立程序(Photovo1.taicdevices-Part4:Photovo1.taicreferencedevicesProceduresfrestab1.ishingca1.ibrationtraceabi1.ity)IEC60904-7光伏器件第7部分：光伏器件测附用光谱失配修正的计算(Pho-IovohaicdevicesPart7:COnIPuIaIionofthespectra1.mismatchcorrectionformeasurementsofphotovo1.taicdevices)IEC609049光伏器件第9部分：太阳模拟器性能分级(Photovo1.taicdevicesPan9:QaSSifiCa1.ionofso1.arsimu1.atorcharacteristics)凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范：凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语和计量单位下列术语和定义适用本规范。3.1 标准测试条件standardtestCOnditiOns：STC用于测量:太阳电池光电性能参数的标准条件。根据应用场珏可分为地面和空间标准测试条件。地而标准测试条件：总辐照度为100OWm并具有AM1.5G太阳光谱拓照分布，测试温度为25C;空间标准测试条件：总辐照度为1367Wm3,并具有AMo太阳光谱辐照分布，测试温度为25C.3.2 钙钛矿太阳电池pe11n.skiteso1.arce1.1.s以基于金属卤化物钙钛矿材料作为吸光展的太阳电池.典型的金属卤化物钙钛矿晶体结构为AmB,X,其中A为有机或无机阳离子，B为金属离子，X为卤族阴尚子。3.3 正向扫描forwardscan由短路电潦向开路电压方向扫描,筒称“正扫”。3.4 反向扫描reversescan由开路电压向短路电流方向扫描，简称“反打”。注：对普钛犷太阳电池，正扫和反扫的特性曲线可能存在很大的湖J,称为迟滞效应，因此需要在数据结果中注W洪扫描方向。40钙钛矿太阳电池是将太阳辎射直接转换成电能的新型光伏器件，在受到光辎射后,其吸收的光能激发电子和空穴，产生电流，称“光伏效应”.钙钛矿太阳电池主要由透明导电基底、电子传输层、空穴传输层、钙钛矿层及金属电极构成，光电性能参数是衡量的钛矿太阳电池性能优劣的关键指标，目前一般采用稔态太阳模拟器对其光电性能参数进行测量。不同于传统晶硅太阳电池,钙钛矿太阳电池的性能参数测量:结果与扫描方向、扫描速度等密切相关。HSx光电转换效率：O1.%35%:短路电流Ise：。mA1.A;开路电压VoO1.V-20V;最大发电功率Pm:0.1tnW20W.&以旨标不因IJ丁合格恸“别，仅O叱.6皿朝6.1环境条件6.1.1温度：（23±5）C°6.1.2相对湿度：80%6.1.3其他条件：室内照明条件卜测试电池，环境清洁通风，无影响仪器正常工作的电磁场、机械振动。6.2测量标潴及其他设备1.1.1 1稳态太阳模拟器：光谱匹配度、辐照度不均匀度和不稳定度，均需符合JJFI615-2017和IEC60904-9所规定的AAA级要求，即与标准光谱的光谱失配度优丁士25%:光源辐照度不均匀度优丁±2%,长期不稔定度优于±2，1.1.2 标准太阳电池:依据IEC60904-4的溯源要求和方法,其CV值（标定值，BP标准辐照度下的短路电潦值）由标准探测器标定的太阳电池。当标准太阳电池在太阳模拟潘福照下的短路电流等于其标定值时，即可认为光源辐照度达到100oWnX.采用标准太阳电池标定太阳模拟器的辐照度,标定前应依据IEC60904-7估算光谱失配因子MMF,计算光谱失配误差（MMF1|）,如失配误差大于温则需做光谱失配修正。1.1.3 I-V曲线测试装置：电流和电压测量最大允许误差±0.2%,1.1.4 掩膜版：施膜版光阑有效尺寸应小于电池有效面积，且不小于0.07cm?：具备简单形状的孔径，如矩形、圆形等，避免出现豆杂图案；掩膜版材质要求不导电，在被测太阳电池响应波段范围内不透光且具备低表面反射率。注：若一个描膜版上有多个开孔，校准时应对其他孔进行遮挡，只保留待校准区域，7校准项目和校准方法7.1 校准项目本规范校准项目为光电性能参数，主要包括短路电潦、开路电压、最大发电功率和光电转换效率。7.2 校准方法7.2.1 校准前检查检查被校太阳电池的光敏面和窗口状况，目测是否有裂纹、理点、气泡和划痕等影响计量性能的缺陷。运行稳态太阳模拟器，使光源预热后处于稳定工作状态。7.2.2光电性能参数校准7.2.2.1光谱失配分析根据IEC609047,利用标准太阳电池和被校钙钛矿太阳电池的光谱响应度，及标准太阳和太阳模拟器光谱辐照度数据，计算得到光谱失配因子,并作为调整太阳模拟器光谱和福照度的依据。7.2.2.2校准装置调整将标准太阳电池置于样品架上，使其有效光敏面位于测式平面内，并保证标准太阳电池的法线与光束的中心线平行，偏差小于5°：使用测温装置测量标准太阳电池的温度，并通过样品台控温，使得在测试过程中，标准太阳电池维持在（25±1）*C;测量标准太阳电池的短路电流，根据光谱失配因子调整所用光源的辐照度。7.2.2.3被测样品校准在不改变太阳模拟器设置的条件下，调整测试架高度和位置，将装有掩膜版的被校的钛矿太阳电池替换标准太阳电池，使二者的中心位置致;用控温装置对钙钛矿太阳电池的温度进行控制，使得在测址过程中，被测太阳电池的温度维持在（25±2）C:设酉扫描方向、电压范围、扫描间隔和扫描速度等，通过控制偏压由0逐点升至开路电压或由开路电压降至零，分别测量被测太阳电池的正扫和反扫I-V特性曲线，提取开路电压Vo,短路电流电最大发电功率Pm等关键参数：根据正反扫的最大功率电压Vm的平均值设置偏压，对稔态输出进行监测，即恒定加载正反扫最大功率电压的平均值对应的偏压，连续采集电流信号至少300s.得到相应的桎态功率输出曲线，记录所测得初始输（1.1.1.功率PStart和结束输出功率Pend.7.2.2.4校准数据处理根据被校太阳电池的正扫和反打数据结果，以及掩膜版光阑面积S,分别通过公式（D和公式（2）,计兑填充因子FF和光电转换效率n:FF=PfnZ(VoIsc)=PnV(SEin)光电转换效率应按包括栅线面枳在内的电池受光总面枳来计算，S是掩膜版光阑面积，Eim是光源辐照度（W/n?）o8校准结果表达校准结果应在校准证书上反映。校准证书应至少包括以下信息：a）标题：“校准证书”;b）实验室名称和地址：c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）：d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识：c）客户的名称和地址：n被校对缭的描述和明确标识：g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收H期：h）如果与校准结果的有效性或应用仃关时，应对被校样品的抽样程序进行说明：i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；j）本次校准所用测量标准的溯源性及其有效性说明：k）校准环境的描述：D校准结果及其测量不确定度的说明：m）对校准规范的偏离的说明；n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识：o）校准结果仅对被校太阳电池有效的声明：p）以及未经实验室书面批准，不得部分豆制证书的声明。9黛间RI由于友校时间间隔的长短是由被校对象使用情况、使用者及其本身质量等诸因素所决定的，因此送校单位可根据实际使用情况自主决定更校时间间隔.附录A校准结果内页推荐格式证书编号XXX校准结果扫描方向：扫描区间:扫描间隔;样品温度:微腹版光阑面积；2.1 V特性曲岬M*以标准太阳电池标定太阳模拟器辎照度等效至100OWnP,校准被测钙钛矿太阳电池的I-V特性。I-V特性曲线如下图所示：正扫：反扫:关键参数如下表:扫描类型光阑面积C舟短路电流ISmA开路电压VomV填充因子FF%最大功率PmmW转换效率n%正扫反扫稳态输出曲线如下图所示检态起始输出功率为:附录B校准原始记录内页推荐格式记录编号：证书编号：第页共页钙钛矿太阳电池光电性能我校准记录B.I基本信息客户名称器件名称型号规格出厂编号生产厂，客户地址测试地址计设器具名称测崎范围不确定度/准确度等级证书编号证书有效期至(Ymr-MM-DD)依据技术规范校准环境条件温度：相对湿度：校准日期:年月日人员校准员：核盼员；2.2 光电性能参数校准数据记录2.2.1 1.V特性数据参数2.2.1.1 正扫原始数据记录表扫描方向:扫描区间：扫描间隔：样品温度：掩膜版光阑面积：电流I/mA电压V/V功率P/mW2.2.1.2 反扫原始数据记录表扫描方向：扫描区间:扫描间隔:样品温度：掩膜版光阑面积：电流I/mA电压v/v功率P/mRB.2.13稳态输出数据科改恒定加啦大功率电压对应的偏压条件下扫描电流，数据记录如下表:时间t/s电流I/mA功率P/mW校准结果不确定度评定示例依据钙钛矿太阳电池光电性能参数校准规范的各项计依特性及校准条件与校准项目的规定，对太阳电池JS行了校准。下面针对短路电流(IsC)、开路电压(V。)、此大功率(Pm)关世参数测；&结果的不确定度逐一进行评定分析。C.1短路电流校准不确定度的评定建立ISe测做模型，见公式(CI):.1.><r-25)1.1.(c.nJ1.+,(T.-25)11刀式中：1 SC被测太阳电池短路电流，mA;10- -标准太阳电池在标准条件卜的标定值mA;16一一标准太阳电池在测试光源卜的短路电流测量值，mA:Iy一一被测太阳电池在测试条件下的短路电流测IIi伯，mA;T%一一标准太阳电池温度，-C；Ty一被测太阳电池海欧,匕；o一一标准太阳电池电流温度系数,%/C：y一一被测太阳电池电流温欧系数.%r.根据太阳电池短路电流(Isc)的影响因素，其不确定度分量包括：标准太阳电池定标引入的不确定度：标准太阳电池和被校准太阳电池光谱失配引入的不确定度：太阳模拟器辐照不稳定度和不均匀度引入的不确定度；测量重发性引入的不确定度等。注：以上不确定度分量均为相对不确定度.C.1.1标准太阳电池定标引入的不确定度u,利用光谙响应度类似的标准太阳电池标定太阳模拟器的光强时，通过IEC60904-1所描述的DSR方法Xt标准太阳电池的光谱响应度测量，其不确定度为Urd=0.9%(k=2).故u1=0.45%4C.1.2标准太阳电池和被校太阳电池光谱失配引入的不确定度u?由于标定太阳模拟器镉照度的标准太阳电池和被校太阳电池光谱响应度不完全一致，将引入不确定度。通过光谱失配因子计算，校准要求钙钛矿太阳电池典型的失配俣差小于1%假设为均匀分布，u2约为0.58%aC.1.3太阳模拟器辐照度不稳定度引入的不确定度S目前用于校准太阳电池电性能的太阳模拟推性能等级较优.在30min内，同一工作区域至复测量，校准用太阳模拟战辐照不稳定度03%,为均匀分布，则由辐照度的重宏性引入的不确定度“"节*0.17C.1.4太阳模拟器辎照度不均匀度引入的不确定度U.用于校准太阳电池电性能的太阳模拟器等级为RAA级，其不均匀度优于±2M校准用太阳模拟器辐照不均匀度为0.6汕且由于标准太阳电池与被测太阳电池面积不一致，此项因索将引入测地偏差。叙设遵从均匀分布，则由羯照度的不均匀度引入的不C.1.5测地垂发性引入的不确定度US由于目前钙钛矿太阳电池自身稳定性不是很理想，一般测破3次，典型的数据为2.580,2.600A.2.600mA,根据极差法(n=3,C=1.69),计算得出不确定度分量为0.46%.如果被测更发性不佳，建议列出多次测量数据,不能单独给出最大值.C.1.6温度偏差引入的不确定度u,新型眄钛矿太阳电池，面枳小，无温度传感器,不利于温度监测。故选择钙钛矿组件开展了温度系数实验，得出曲线如图C.1所示。参照正文中被测太阳电池的温度维持在(25±2)'C,温度偏差为2C,拟合后得到此分量为0.58%.C.I.7仪器仪表引入的不确定度U,根据电流-电压iff1.m仪器的后值溯源证书，其对电流测送引入的不确定度为0.3%(k=2),故此项分fU7.15%.C.1.8合成标准不确定度各不确定度分St不相关，合成公式如下：ure(Isc)=Vu2+u2+u3+u2+u2+u2+u;短路电流测ft不确定度分埴汇总见表c.1.表C.I短路电流测量不确定度分量汇总表不确定度来源数值(评定方法R1.标准太阳电池溯源0.45*B类）u2光谱失配0.58%（B类）V3辐照度不稳定度0.17%（BS）U4辐照度不均匀度0.35MB类）5测量重更性0.46%（A类）4.6温度偏差0.58%（B类）u7仪器仪表0.15%（陵）合成标准不确定度1.12取k=2,则短路电流的相对扩展不确定度为：UMS)=22%(k=2)C.2开路电压校准不确定度的评定建立V。测量模型，见公式(C.2):Vo=1.+2(T25)V(C.2)式中：Vo被测太阳电池开路电压，V;T被测太阳电池温度，C;B一标准太阳电池电流温度系数，¾r:V被测太阳电池在测试条件下的开路电压测盘值，V.根据太阳电池开路电压(Voc)的影响因索,其不确定度分量包括：测斑重更性引入的不确定度：海度控制偏若引入的不确定度：以及太阳模拟器辐照度偏差等.注：以上不确定度分st均为相对不确定度.C.2.1测俄重宏性引入的不确定度小由于目前第钛太阳电池自身稳定性不是很理想,一般测后3次，典型的数据为1.058V,1.059V,1.055V,根据极差法(n=3,C=1.69),计克弭出不确定度分fit为0.23%。C.2.2讯度脩差引入的不确定度Ug温度的影响和太阳电池开路电压的温度系数相关，由于微小面积钙钛矿太阳电池的温度无法监测，故选择的钛矿组件开展了温度系数实验，得出曲线如图C.2所示.参照正文中被测太阳电池的温度维持在(25土2)C,温度偏差为2C,拟合后得到此分量为0.36%.o.6.IrO1.I10.4.之*10.2.10.0(3035404SSOS5606570i三,C图c.2典型钙钛矿组件的开路电压随M度变化曲线C.2.3太阳模拟器辐照质偏差引入的不确定度S引起太阳模拟器幅照度偏差的主要因素包括：太阳电池测收位置重应性，以及太阳模拟器本身的辐照不均匀性和不检定性等。借新传统太阳电池，开路电压在辐照度变化1%的情况下，由太阳模拟器幅照度偏差引入的不确定度u,=01%。C.2.4仪器仪表引入的不确定度U1.O根据电流电压测搔仪岩的盘位潮海证书，其对电压测盘引入的不确定度为021(k=2),故此项分量U1.O为0.1与-C.2.5合成标准不确定度各不确定度分成不相关，合成公式如下：ure(V,)=u2+u3+u2+u2O开路电压测域不确定度分量汇总见表C.2。表C2开路电压测量不确定度分景汇总表1不确定度来源数值(评定方法)7测量重发性O.23%（A类）IX温度儡差0.36%（B类）9辎照度偏空O.时(B类)«10仪器仪表O.1.%（B类）合成标准不确定度0.45%取k=2,则相对扩展不确定度：UrC1.(VOC)=O.9%k=2)C.3太阳电池最大发电功率校准不确定度的评定建立Pm测量模型，见公式(C.3)Pm=Isc-Voc-FF=Im-Vm(C.3)假设电源和电压不相关,则最大功率校准的相对扩展不确定度为:Ure(Pm)-1.U2(Ise)+Ue(Vo)-2.4%(k=2)C.4不确定度汇总表3项关键参效的机对扩展不确定度汇总见表C.3“C33攻关BWf1.MT展不一定应&表参数相对扩展不确定度(k=2)2.2%Vo0.9%Pm2.4%