一種稱之為鈣鈦礦的材料具有絕佳的光電轉(zhuǎn)化能力，被視為太陽能電池的最新應(yīng)用材料，應(yīng)用在太陽能領(lǐng)域僅僅2-3年，已經(jīng)成功地將太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率提高到15%，這已經(jīng)接近市場上硅太陽能電池的20%的轉(zhuǎn)換率。南洋理工大學(xué)的跨學(xué)科科學(xué)家團(tuán)隊成功地解釋這種材料的機理。其論文發(fā)表在2013年10月18日的《科學(xué)》雜志上。研究人員發(fā)現(xiàn)光線產(chǎn)生的電子，可以走得很遠(yuǎn)，這樣一來，就可以制造較厚的太陽能電池，以吸收更多的光線，產(chǎn)生更高的電流，取得更高的光電轉(zhuǎn)化效率。

新加坡維信科技在提供南洋理工大學(xué)這支跨學(xué)科團(tuán)隊的測試服務(wù)過程中，了解到一些鈣鈦礦電池的獨特性。有別于常規(guī)的硅太陽能電池，它對于測量光譜響應(yīng)，精確測量轉(zhuǎn)換效率以及選購它們相應(yīng)的測量儀器，光譜響應(yīng)測量系統(tǒng)，太陽能模擬器都有一些特殊的考量因素。

 1. 鈣鈦礦太陽能電池的光譜響應(yīng)測量：

有別于硅太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池的光譜響應(yīng)始于300nm，止于800nm，在300nm至400nm的紫外光范圍，就有很高的光譜吸收能力，在可見光400nm 至700nm的光譜范圍，其光譜吸收能力達(dá)到最高。

這就對測量設(shè)備提出一些特別的要求：
  v 光譜響應(yīng)測量系統(tǒng)必須從300nm開始就有非常良好的測量精度和很高的信噪比。由于石英燈所含的300nm-400nm紫外光能量很小，進(jìn)入單色儀，經(jīng)過光柵（Grating）之后從狹縫（slit）出來的紫外光幾乎沒有或者容易被環(huán)境光所淹沒。對于采用單一光源--石英燈的光譜響應(yīng)測量系統(tǒng)幾乎就很難測量出鈣鈦礦太陽能電池在300nm至350nm的光譜響應(yīng)。

  v 即使采用氙燈作為光源，它有非常豐富的紫外光能量，但在：300nm-400nm紫外光能量相對于500nm-700nm的可見光譜能量，其比例非常低。所以當(dāng)它們同時或者濾光之后進(jìn)入單色儀，經(jīng)過光柵（Grating）之后從狹縫（slit）出來的紫外光也幾乎被光源本身的雜散光所淹沒。因此光譜響應(yīng)測量系統(tǒng)采用的單色儀必須要有非常高的雜散光抑制能力(Straylight Suppression)。通常，聚焦長度(focus length)較長（F > 300mm）的單色儀，會有比較好的雜散光抑制能力。
        2、鈣鈦礦太陽能電池的I-V特性測量：
       2.1 精確測量太陽能模擬器的光譜：
       太陽能模擬器是I-V測量系統(tǒng)的核心部件，參考IEC標(biāo)準(zhǔn)，A級模擬器必須具備的光譜范圍是400nm 至1100nm，它覆蓋了硅電池組件的實際應(yīng)用的光譜范圍。而之前我們已經(jīng)了解到：鈣鈦礦太陽能電池在光譜300nm至400nm的紫外光已經(jīng)有了非常高的光譜吸收能力。顯然即使是如圖示Fig.3 所示的常規(guī)A級太陽能模擬器，也不一定能滿足精確測量鈣鈦礦太陽能電池的要求。在實際選購的時候，我們更希望了解模擬器在300nm 至800nm的實際光譜能量分布情況，如附圖Fig.4所示。

目前市場上用來測量模擬器光譜的手提式光譜功率計(Spectroradiometer)，都采用柔性光纖將光導(dǎo)入由CCD作為感光傳感器的分光儀。如圖Fig.5所示，許多柔性光纖的傳導(dǎo)光譜范圍也只是從400nm開始。所以精確測量模擬器在300nm至400nm的光譜能量，需要采用特別的光纜，它的傳導(dǎo)光譜范圍覆蓋UV-VIS。同時分光儀采用的CCD感光傳感器件最好是UV增強型的。

2.2 精確定標(biāo)太陽能模擬器的光強：1000W/m2 @AM1.5G 光譜
       通常，我們都會用一種稱之為“參考電池片，Reference solar cell” 的標(biāo)準(zhǔn)電池片去定標(biāo)模擬器的光強。需要注意的是，參考電池片也有不同的光譜響應(yīng)范圍。如果采用的是具有單晶硅太陽能電池光譜特性的參考電池片，它所標(biāo)定的是光譜范圍300nm至1200nm的光譜總的平均功率。和我們希望精確定標(biāo)的光譜范圍：300nm 至800nm 有時會有相當(dāng)大的差別。
解決的方法之一是選擇一種參考電池片具有和鈣鈦礦太陽能電池類似的光譜響應(yīng)范圍，如圖Fig.6所示， KG3的參考電池片，它的光譜響應(yīng)范圍在300nm 至 900nm。
如果選用的太陽能模擬器具有如圖Fig.4所示的光譜匹配度(±10%)，采用上述的KG3 參考電池定標(biāo)出的模擬器光強，已經(jīng)能夠滿足日常的測試要求。如果需要更準(zhǔn)確的測量鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，那就需要采用額外的二種方法：
方法一：光譜失配因子修正：M系數(shù)；
模擬器的實際光譜失配是個動態(tài)參數(shù)，它的數(shù)值隨燈的使用時間而發(fā)生變化，通常紅外波長的能量會隨燈的使用時間而增加，而紫外波長的能量相對減少。所以在模擬器新安裝，開始使用的時候，即使有如圖Fig.4所示的理想的光譜，但是經(jīng)過400-500小時的使用，光譜的失配度可以達(dá)到±25%，雖然它仍然是A級光譜。

要計算這個失配因子M系數(shù)，就必須精確測量出：模擬器實際的、當(dāng)下的光譜：Es(λ)；以及鈣鈦礦太陽能電池的光譜響應(yīng)：ST(λ)。ERef（λ）是AM1.5G光譜，SR(λ) 是參考電池的光譜響應(yīng)。
方法二：定標(biāo)鈣鈦礦太陽能電池的短路電流：Isc/Jsc；
參考光譜響應(yīng)ST(λ)的定義：ST(λ) = 產(chǎn)生的短路電流 / 照射在它上面的光譜功率，單位： (A W-1 nm-1)
如果能夠精確測量鈣鈦礦太陽能電池的光譜響應(yīng)，那么，它在AM1.5G 光譜的太陽光照射下的短路電流是可以計算出來的：
Isc (AM1.5G) = ∫光譜響應(yīng) SR(λ) X AM1.5G 光譜；
 但前提條件是：測量光譜響應(yīng)SR(λ) 必須滿足以下條件：

v   測量用的單色光必須均勻地覆蓋整個電池表面；
v   整個電池表面的光照強度接近1000W/m2；
v   電池的溫度控制在25度±2oC;

具備這樣的測試條件和測量能力的實驗室需要投入大量的資金和人員。維護(hù)這些設(shè)備就更需要有訓(xùn)練有素的團(tuán)隊。中國光伏測試網(wǎng)已聯(lián)合新加坡維信科技，把在新加坡的成功經(jīng)驗和技術(shù)移植來中國，建立起了具備以上測試能力的實驗室，開放給國內(nèi)的大學(xué)，研究所，滿足研究生，博士生對精確測量電池轉(zhuǎn)換效率，以及Isc Loss Analysis的需求。歡迎國內(nèi)大學(xué)研究所的研究生，博士生，前來使用我們的測量設(shè)備。也歡迎進(jìn)行技術(shù)交流與合作，共同開發(fā)光伏測試技術(shù)、測試?yán)碚摵蜏y量方法，共同促進(jìn)中國光伏事業(yè)的發(fā)展。