为什么最新的 IEC 60904-9:2020 标准为太阳模拟器分类设置了 A+ 级光谱？

IEC（国际电工委员会）在2020年正式发布了最新的太阳模拟器评估标准IEC 60904-9:2020。与之前的版本IEC 60904:2007相比，主要有以下三点区别：

1. 光谱评估范围扩增：增加了 300nm~400nm 的光谱范围。
2. 波长范围调整：改变了每个光谱带的波长范围。
3. 新增分级：为太阳能模拟器光谱添加了新的 A+ 光谱等级。

表 1 显示了 IEC 60904-3 中给出的新的全球参考太阳光谱辐照度分布对波长间隔对总辐照度的贡献。根据这些贡献部分，IEC 60904-9:2020 将太阳模拟器的分类定义为 4 个等级，A+、A、B 和 C，见表 2。其中，A+ 等级是 IEC 60904-9 中的新等级:2020 与之前的标准 IEC 60904-9:2007 相比。

表 1. AM1.5G 参考太阳光谱辐照度分布不同区间对总辐照度的贡献。[IEC 60904-9:2020]

表 2. 太阳模拟器分类的定义。[IEC 60904-9:2020]

我们可以发现，对更好的模拟器频谱的要求是这次新修订的主要重点之一。主要是为了应对钙钛矿太阳能电池等高效太阳能电池的蓬勃发展，可以使用更准确的光谱来更准确地表征太阳能电池的转换效率。更准确的频谱含义包括更广的评估范围和更详细的分级频段，可以更接近AM1.5G频谱。

Enlitech 积累了十多年的人工光源构建开发SS-X系列，新一代太阳能模拟器，符合最新的 IEC 60904-9:2020 标准。SS-X系列太阳模拟器与 AM1.5G 光谱具有更好的光谱匹配。根据 IEC 60904-9:2020，光谱等级被归类为 A+。更好的频谱特性可以帮助用户获得更准确的IV曲线和更好的光电转换效率，从而加速用户的研发成果。

A+ 级和 A 级光谱

图 1 和表 3 显示了 Enlitech 的SS-X太阳模拟器光谱和其他制造商的光谱。

图 1. Enlitech 的辐照光谱的SS-X和其他品牌的太阳能模拟器。还显示了 AM1.5G 频谱以进行比较。

表 3. SS-X的光谱等级和其他品牌的太阳能模拟器，根据 IEC 60904-9:2020 进行分级。

这表明根据新的IEC标准，SS-X在每个波段都有更好的光谱等级。根据新的 IEC 标准，在每个波段都有更好的光谱等级。每个波段的最大光谱误差小于9%（A+级要求小于12.5%）。与其他品牌相比，虽然各频段均达到A级要求（误差25%），但772nm~919nm频段误差高达21%。该IR波段覆盖了许多新型太阳能电池的吸收带边缘，如钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池，这会影响IV和转换效率结果。因此，光谱匹配对于准确的太阳能电池表征非常重要。

真实太阳能电池装置的验证

选择了具有与有机和钙钛矿太阳能电池相似的吸收带边缘和 EQE 曲线的稳定器件。EQE曲线如图2所示，由Enlitech的QE-R EQE系统测得。QE-R系统是目前世界上性能优异的EQE测试系统。它被许多国际太阳能电池研究实验室采用。近五年来，已有1000多种SCI期刊点名引用QE-R，尤其是Jsc（EQE）测试结果，得到了国际专家学者的认可。

图 2. 被测器件 (DUT) 的外部量子效率 (EQE) 光谱，其具有与钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池相似的 EQE 响应。

如何验证不同模拟器得到的IV结果的准确性？

我们在向科学期刊投稿时会采用最常见和最重要的方法：Jsc（SS）和Jsc（EQE）比较。Jsc(SS) 表示在太阳能模拟器下测试的短路电流密度。Jsc(EQE) 是 EQE 曲线与 AM1.5G 谱的积分短路电流密度。Jsc(EQE)的方法在IEC 60904-7标准中有详细描述。Jsc(SS)和Jsc(EQE)之间的区别被视为太阳能电池学会和期刊审稿人对可靠表征结果的判断。一般情况下，如果Jsc（SS）和Jsc（EQE）的差异在5%以内，期刊的审稿人就会认为是准确可信的结果。我们将使用这种方法来验证 A+ 和 A 太阳模拟器光谱之间的差异。实验步骤描述如下：

1. 参考电池校准：一块 WPVS 型参考太阳能电池在 850nm 处具有吸收带边并由 NREL 校准，用于校准太阳模拟器的光强度。
2. IV测量系统：IVS-KA6000 IV 软件用于控制 SMU Keysight B2901 读取被测设备的电流-电压曲线。
3. 温度监控：铂温度传感器用于监测被测器件的温度变化，以尽量减少温度变化引起的误差。

IV曲线和太阳能电池性能如图3所示。Enlitech 的SS-X50和其他品牌太阳能模拟器的短路电流密度分别为 22.388 mA/cm² 和 21.482 mA/cm²。两个太阳模拟器下的Jsc(SS)相当接近，但是哪个更准确呢？我们可以与 Jsc(EQE) 进行比较，这将表明哪个结果更准确。从图 2 可以看出，Jsc(EQE) 是由 AM1.5G 频谱从 EQE 曲线积分而来的，等于 22.44 mA/cm²。

图 3. IV 曲线和太阳能电池性能参数。

表 4. Jsc(SS) 和 Jsc(EQE) 对比表。

对比表显示了表4中的Jsc(SS)和Jsc(EQE)。从表4中我们可以发现SS-X50太阳模拟器下的Jsc(SS)与Jsc(EQE)非常接近。差异为0.11%，远小于其他品牌太阳模拟器下Jsc(SS)与Jsc(EQE)的差异(2.18%)。这是因为SS-X50的频谱等级为A＋，与AM1.5G频谱有更好的频谱匹配。因此，它可以提供更准确的太阳能电池测试结果，而无需任何光谱失配校正。其他品牌的太阳模拟器光谱为A级。然而，712nm~919nm波段的光谱与AM1.5G光谱负偏差超过20%，这是Jsc(SS)与Jsc(EQE)有较大差异(2.18%)的主要原因。 

从上述结果来看，如果测试程序进行得当，A+级和A级太阳模拟器都可以提供Jsc(SS)和Jsc(EQE)之间的小于5%的差异。然而，随着现代高效太阳能电池发展的竞争日益激烈，0.3%的PCE差异显得相当重要，这可能会实现新的技术突破。因此，选择A+光谱级的太阳模拟器是必要和有价值的。