在現(xiàn)代能源研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，太陽光模擬器是評估太陽光電池性能的關(guān)鍵設(shè)備。傳統(tǒng)的氙閃燈或短弧燈作為光源，存在壽命短、重新加載時間長和校準程序繁瑣等問題，如今，隨著高功率LED 技術(shù)的不斷進步，一款新型的可調(diào)諧 LED 太陽光模擬器應(yīng)運而生，其研發(fā)成果為該領(lǐng)域帶來了新的希望與發(fā)展方向。Luminbox太陽光模擬器采用先進光學技術(shù)，能夠精準模擬自然太陽光譜，確保實驗環(huán)境與真實太陽光照條件高度一致。

研發(fā)背景與目的

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傳統(tǒng)太陽光模擬器通常采用氙閃燈或短弧燈來模擬AM1.5G光譜，然而這類設(shè)備存在顯著弊端：光源壽命較短，更換成本高且會對生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響；閃光發(fā)生器加載時間長，造成測試通量低下；校準程序復雜且耗時，難以保障測量精度。

有鑒于此，研究人員致力于讓模擬器覆蓋硅基太陽電池所需的紫外（UV）至近紅外（NIR）全光譜范圍，通過提升測量精度、降低維護成本，為電池研發(fā)與生產(chǎn)提供高效的測試方案。

LED 光源設(shè)計

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目標光譜與靈活性

模擬器的目標光譜范圍設(shè)定為350 - 1100nm。在模擬全光譜時，會優(yōu)化每個LED 的正向電流，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。而且，LED 光源的靈活性可讓用戶根據(jù)具體應(yīng)用需求，靈活匹配光譜。

LED選擇：多波段組合：紫外（365-400nm）、藍（450nm）、綠（530nm）、紅（630-660nm）、近紅外（800-1000nm）等。下圖展示了太陽光模擬器期望達到的光譜效果，體現(xiàn)了對不同波長光的調(diào)控目標，以及與標準光譜的匹配關(guān)系。

太陽光模擬器的目標光譜圖

可見光區(qū)域

采用高功率LED 覆蓋可見光區(qū)域雖相對容易，但通過紅、綠、藍三色組合生成白光時，易在 560nm 附近形成光譜間隙。該模擬器通過避免使用白光LED 方案，有效填補了綠色（525nm）至黃色（590nm）光譜區(qū)間的空白，在保持全光譜區(qū)域可調(diào)性的同時，無需額外補償模塊。

紫外線區(qū)域

LED 光譜分布具有一定寬度，在紫外線區(qū)域可利用這一特點填補不同LED 基本波長之間的間隙。通過疊加多個近似高斯分布的函數(shù)，使光譜總和達到預期標準。雖然UV 區(qū)域高功率 LED 數(shù)量較少，但所需正向電流低于最大允許電流，延長了 LED 使用壽命。下圖中窄線展示了三個不同波長LED 的輻照度隨波長的變化，展示了在紫外線區(qū)域?qū)崿F(xiàn)光譜匹配的方法和原理。

紫外區(qū)域的模擬細節(jié)圖

近紅外區(qū)域

研究人員組裝了包含6 種不同 LED 的測試頭進行測量，結(jié)果與模擬數(shù)據(jù)一致。通過單獨調(diào)節(jié)正向電流，可填補光譜間隙，并滿足相關(guān)標準對光譜強度的要求。與傳統(tǒng)氙燈光譜相比，LED 光譜強度變化更平滑，能減少因光譜峰值不穩(wěn)定帶來的測量不確定性。下圖展示了在近紅外區(qū)域的測量結(jié)果和理論曲線，通過對6 個不同 LED 的測試和測量，驗證了模擬數(shù)據(jù)的準確性，表明可以通過調(diào)節(jié)正向電流來匹配太陽能光譜強度要求。

紅外區(qū)域的測量圖

光學設(shè)計

當前IR - LED測試頭中的高功率光源均勻性不足。未來將通過構(gòu)建密集LED 陣列，并改進鏡通道作為均化元件，解決這一問題。

結(jié)論與展望

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目前，可調(diào)諧LED 太陽光模擬器已具備良好的時間穩(wěn)定性，但在均勻性方面距離理想標準仍有較大提升空間。光譜匹配方面，模擬顯示可與目標光譜緊密匹配，近紅外區(qū)域的首次測量也證實了模擬光譜的可行性。隨著先進冷卻技術(shù)的應(yīng)用，有望實現(xiàn)全強度、全光譜照明，為相關(guān)領(lǐng)域提供具有獨特優(yōu)勢的新型光源。

Luminbox太陽光模擬器

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Luminbox太陽光模擬器采用先進光束準直技術(shù)與高均勻光斑設(shè)計，精準復現(xiàn)AM1.5G太陽光譜，輻照輸出穩(wěn)定，為實驗室提供高效可靠的光照測試解決方案。

AAA級性能：光譜匹配度符合IEC60904-9標準AAA級，可達實驗室校準精度；

長效穩(wěn)定：優(yōu)化光源設(shè)計大幅降低維護頻率，減少校準與停機時間，提升實驗效率；

應(yīng)用場景：可選配光學濾鏡，靈活模擬室內(nèi)外日光環(huán)境，滿足多元測試需求。

未來，隨著高功率LED 技術(shù)的應(yīng)用，有望實現(xiàn)全強度、全光譜照明，Luminbox太陽光模擬器致力于為科研與工業(yè)測試提供高精度、穩(wěn)定可靠的光源解決方案，也將在光伏產(chǎn)業(yè)、航天技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用，為人類對太陽能的利用和探索提供更有力的支持。

原文出處:《Development of tunable close match LED solar simulator with extended spectral range to UV and IR》

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