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1、JJF福建省地方计量技术规范JJF（闽）1092-2018太阳电池量子效率测试仪校准规范CaIibrationSpecificationforSoIarCeIIQuantumEfficiencyMeasurementInstruments201811一05发布2019-02-05实施福建省质量技术监督局发布太阳电池量子效率测试仪校准 规范JJF （闽）1092-2018CaIibrationSpecificationforSoIarCeIIQuantumEfficiencyMeasurementInstruments归口单位：福建省质量技术监督局起草单位：福建省计量科学研究院本规范委托起草单位
2、负责解释1范围1)2引用文件KD3术语和计量单位1)4概述(2)5计量特性3)6校准条件63)6.1环境条件(4)6. 2校准用设备(4)7校准项目和校准方法5)7. 1外观检查5)7.2单色光光斑和偏置光光斑不均匀性(5)73偏置光光谱匹配度(6)7.4相对光谱响应测量示值误差(7)7.5光谱响应测量重复性(8)7.6短路电流测量示值误差(8)7.7反射率测量示值误差(8)7.8波长示值误差(9)7.9光谱带宽9)7.10温控平台示值误差、均匀性和稳定性(9)8校准结果表达10)9复校时间间隔11)附录A太阳电池量子效率测试仪单色光和偏置光光斑不均匀性测量结果不确定度评定示例12)附录B太阳
3、电池量子效率测试仪偏置光光谱匹配测量结果不确定度评定示例15)附录C太阳电池量子效率测试仪相对光谱响应示值误差测量结果的不确定度评定示例17)附录D太阳电池量子效率测试仪短路电流示值误差测量结果的不确定度评定示例20)附录E太阳电池量子效率测试仪反射率测量示值误差测量结果的不确定度评定示例(22)附录F太阳电池量子效率测试仪波长示值误差校准结果的不确定度评定示例(25)附录G太阳电池量子效率测试仪的带宽校准结果的不确定度评定示例27)附录H太阳电池量子效率测试仪温控平台温度示值误差测量结果的不确定度评定示例(29)附录I太阳电池量子效率测试仪校准原始记录格式32)引言本规范依据JJFIO71-
4、2010国家计量校准规范编写规则编制，并按照JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示的要求评定和表示测量不确定度。参考了IEC60904-82014光伏器件第8部分:光伏器件光谱响应的测量、DB35/T1362-2013太阳模拟器技术要求、和JJF1150-2006光电探测器相对光谱响应度校准规范的部分内容。本规范为首次发布。太阳电池量子效率测试仪校准规范1范围本规范适用于太阳电池量子效率测试仪波长范围为(280-1600)nm的校准，包括测量单晶硅、多晶硅、薄膜和多结太阳电池的量子效率测试设备。各类量子效率测试设备应根据具体要求有针对性地加以引用。2引用文件JJF1071国家计量校
5、准规范编写规则JJF1059测量不确定度评定与表示JJF1150-2006光电探测器相对光谱响应度校准规范GB/T2297-1989太阳光伏能源系统术语GB/T6495.8-2002光伏器件第8部分：光伏器件光谱响应的测量DB35/T1362-2013太阳模拟器技术要求ASTME1021-06阻挡层光电池的光谱特性的测定方法IEC60904-82014光伏器件第8部分:光伏器件光谱响应的测量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3.1光谱响应(光谱灵敏度)SpectraIResponse(Spect
6、raISensitivity)指各个波长上，单位辐照度所产生的短路电流密度与波长的函数关系。3.2绝对光谱响应(绝对光谱灵敏度)AbsoluteSpectraIResponse(AbsoluteSpectralSensitivity)指在规定的波长上，短路电流密度与辐照度之比。3.3相对光谱响应(相对光谱灵敏度)RelativeSpectraIResponse(ReIativeSpectraISensitivity)它是以某一特定的波长(通常是以光谱响应的最大值)进行归一化的光谱响应。34量子效率QuantumEfficiency量子效率是指太阳电池产生的电子-空穴对数目与入射到太阳能电池表面
7、的光子数目之比(%)o量子效率。七(团与光谱响应SR(4)和波长/1的关系如下式所示：如(“240丁(300%3. 5偏置光BiasLight以单色光照射到太阳电池表面进行光谱响应测试时，为了模拟太阳电池的实际工作环境，有时附加一个模拟阳光照射到太阳电池表面，这个附加光照称为偏置光。3.6AMI.5G条件AMI.5GCondition标定和测试地面用(大气质量AM(AirMass)=1.5G)太阳电池所规定的太阳的辐照度和光谱分布。3.7光谱匹配度SpectraIMatch模拟或自然光源的光谱辐照度分布相对于AML5G参考太阳光谱辐照度分布的匹配程度。3.8短路电流Short-circuitc
8、urrent在一定的温度和辐照度条件下，光伏发电器在端电压为零时的输出电流，通常用ISC来表示。3.9光谱带宽SPeCtrabandwidth指从单色器射出的单色光谱线强度轮廓曲线的二分之一高度处的谱带宽度。通常用来表征仪器的光谱分辨率。4概述图1太阳电池量子效率测试仪结构示意图太阳电池量子效率测试仪是用于测量各种太阳电池的光谱响应、量子效率、反射率、短路电流密度等指标的测试仪器，是太阳电池结构分析和电性能参数校准的重要测试设备。太阳电池量子效率校准系统如图1所示，主要包括：光源、斩波器、单色仪/滤光片轮、偏置光光源、锁相放大器、前置放大器、控制系统、数据记录和处理软件等。太阳电池量子效率测试
9、仪测量原理是用强度可调的偏置光照射太阳电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流，从而得到太阳电池的光谱响应。5计量特性当标准光电探测器和被检仪器自带参考光电探测器的光谱响应的斜率不同时.，单色仪带宽会引进误差。此项不确定度约为：wfO.04%oC.3.4光电测量部分的非线性引入的不确定度分量Ua当测量装置通过对辐射源进行调制，并用锁相放大器进行测量，可以减小杂散光的影响，提高测量准确度。但锁相放大器有可能引进非线性误差。可用双孔径法对带光电二极管的锁相放大器进行非线性测量，其非线性VO.1%。估算UrO.l%oC.3.5波长误差引入的不确定度分量us采
10、用特征谱线灯对单色仪的波长偏差进行标定，最大偏差0.2nm此项不确定度为：t,O.2%oC.3.6杂散辐射带来的不确定度分量W单色仪的杂数辐射为10力用截止滤光片测量单色仪的杂数辐射，在46OnnI测量，大于此波长的杂数辐射应该更小，该项误差可忽略。通带外的杂散辐射，因采用了调制锁相方法测量，影响也很小，误差可忽略。因此，W二OoC.3.7辐射源和参考光电探测器表面均匀性影响引入的不确定度u7因为每次装调探测器的位置不同，引入误差，实际中使用重复装调的方法验证该误差。实际测量，Si光电探测器均匀性影响约为0.2%,此项不确定度取：尸0.2虬C.3.8标准光电探测器吸收系数引起的不确定度u8(3
11、00-400)nm：6=0.3%；(4001100)nm：w=0.2%;(11001600)nm：“6=0.3%。量子效率测试仪相对光谱响应度测量的标准不确定度分量汇总见表Cl：表C1量子效率测试仪相对光谱响应度测量的标准不确定度分量5I：总表序号测量不确定度来源标准不确定度符号数值(%)1相对光谱响应度测量重复性Ui0.35；0.20；0.242标准光电探测器的光谱响应度校准引起的标准不确定度Ih0.55；0.23；0.773单色仪带宽误差Ih0.044光电测量部分的非线性u0.15波长误差0.26杂散辐射带来的误差Lk07辐射源和参考光电探测器表面均匀性影响Ui0.2表Cl续量子效率测试仪
12、相对光谱响应度测量的标准不确定度分量汇总表序号测量不确定度来源标准不确定度符号数值(%)8标准光电探测器吸收系数引起的误差Un0.3；0.2；0.3C.4太阳电池量子效率测试仪相对光谱响应度的合成标准不确定度计算由于各影响量彼此独立不相关，因此合成标准不确定度为：He(R)=+5+6+7+C.5扩展不确定度U=kxuR)波长(300400)nm：U=20.00352+O.OO552+0.00042+0.0012+0.0022+0.0002+0.0022+O.OO32二16%(%=2)；波长(4001100)nm：U=20.00202+0.00232+0.00042+0.0012+0.0022+
13、0.0002+0.0022+0.0022=10%(/：=2).波长(11001600)nm：U=20.00242+0.00772+0.00042+0.0012+0.00220.0002+0.0022+O.OO32=l9%(=2)。C.6结果及其不确定报告相对光谱响应示值误差校准结果扩展不确定度:(300400)nm=1.6%,k=2；(400-1100)nm=1.0%,(11001600)nm=1.9%,k=2o1100-16001.04E. 6扩展不确定度扩展不确定度以R)采用下式计算，结果如表E5：U(R)=U(R)Xk表E5不同波长范围内反射率扩展不确定度分量波长(nm)(R)(%)30
14、0-4002.0400-11001.81100-16002.1E. 7结果及其不确定报告反射率测量示值误差校准结果扩展不确定度：(300400)nm=2.0%,仁2；(40(MlOo)nm=l.8%,k=2(1100-1600)nm=2.1%,k=2。太阳电池量子效率测试仪波长示值误差校准结果的不确定度评定示例F.1概述El.1测量依据:JJGUSI)-太阳电池量子效率测试仪校准规范F.1.2测量环境条件：环境温度：(255),相对湿度：80%RHoF.1.3测量用标准器：窄带宽标准滤光片。F. 1.4测量对象：太阳电池量子效率测试仪。F. 2测量模型2=晨4式中：2一一波长示值误差；五一一仪
15、器3次波长测量值的平均值；-标准滤光片中心波长标准值。F.3方差与灵敏系数太阳电池量子效率测试仪的带宽校准结果的不确定度评定示例G.1概述G.1.1测量依据:JJG(闽)-太阳电池量子效率测试仪校准规范G.1.2测量环境条件：环境温度：(255),相对湿度：80%RH0G.1.3测量用标准器：窄带宽标准滤光片。G.1.4测量对象：太阳电池量子效率测试仪。G.2测量模型BW=(BW+BW2+8卬3)/3式中：BW带宽的校准结果，nm；BW8W2和5卬3分别为三次带宽的测量值，nm。以三次测量的带宽的平均值作为被校太阳电池量子效率测试仪测得的标准光电探测器光谱响应值。带宽校准的不确定度分量包括被校
16、带宽示值的测量重复性；被校量子效率测试仪的波长分辨率引入的不确定度。以上分量彼此不相关。G.3校准不确定度评定G.3.1被校仪器带宽测量重复性引入的不确定度修，由6次测试获得，为A类评定。对550nm波长下进行测量，测量值见表Glo通过下式计算太阳电池量子效率测试仪带宽测量重复性引起的相对标准不确定度分量Wlrclo表1光谱带宽6次测量结果波长(nm)被校仪器光谱带宽测量值(nm)平均值(nm)S(BWM(nm)1234565509.68589.68499.68559.68579.68559.68509.68540.0004u1rel=p=0.0022(1(】3(8)G.3.2光谱带宽校准用的
17、光谱仪引入的不确定度如为B类评定。光谱仪经校准所给定的扩展不确定度为5%,k=2f则标准不确定度为：M2rel=5%2=2.5%G.4合成标准不确定度合成标准不确定度采用下式计算：UC=JUj+uJo.oo22%2+2.5%Lq%G.5扩展不确定度光谱带宽校准相对扩展不确定度次SR)采用下式计算:UreI(D=M=2.5%x2=5%,k2带宽附近的测量不确定度为Ure=5%(k=2)0G. 6结果及其不确定报告光谱带宽附近校准结果扩展不确定度：Urd=5%,k=2太阳电池量子效率测试仪温控平台温度示值误差测量结果的不确定度评定示例H.1概述H.1.1测量依据:JJGUN)-太阳电池量子效率测试
18、仪校准规范H.1.2测量环境条件：环境温度：(25+5),相对湿度：80%RHoH.L3测量用标准器：窄带宽标准滤光片。H.1.4测量对象：太阳电池量子效率测试仪。H. 2数学模型AT=T-To式中：T温度示值误差，；T-被校太阳电池量子效率测试仪温控平台的温度示值，；To标准器显示温度实际值，C。H.3不确定度来源不确定度来源包括：标准器测量重复性的不确定度，标准器校准结果引起的不确定度,被校太阳电池量子效率测试仪温度示值重复性引起的不确定度等。下面的测量不确定度平度评定以温度设定值25为例。H.4标准不确定度分量的评定H.4.1测量重复性引起的不确定度幺评定通过标准器对温控平台中心点温度进
19、行10次独立的重复测量，得到测量数据如表Hl所示：表Hl标准器测量重复性数据序号温度（）序号温度（）125.25625.25225.26725.26325.26825.26425.25925.25525.241025.24其算术平均值:1T=-YT.=25.25乙,eC单次试验标准差：S=JX（4-方/（10-I）=001可得到：Ua）=S=0.01opH.4.2标准器校准溯源引起的标准不确定度%fn标准器的温度部分校准不确定度为比0.06C（A=2）,则“2（T）=0.03。H.4.3被校准太阳电池量子效率测试仪温控平台温度示值重复性引入的标准不确定度”）用被校准仪器内置的温度传感器对环境试
20、验箱内温度进行15次独立的重复测量，通过被校准设备的显示设备上读数得到测量数据如表H2：表H2被校辐照度测试仪温度读数的重复性数据序号温度（C）序号温度（C）序号温度（C）125.0625.01125.0225.1725.11224.9325.0825.11325.0425.0925.11425.0524.91025.01525.0其算术平均值:单次试验标准差:(Ji-7)2/(15-1)=0.06可得到:%（7）=s=O.06由于各影响量彼此独立不相关，因此合成标准不确定度为uc=J（ui（r）2=6.98Wm2H.5标准不确定度的评定H.5.1标准不确定度分量一览表表H3标准不确定度分量与
21、灵敏系数计算列表分量u(i)不确定度来源标准不确定度分量（C）Uy()标准器测量重复性引起的不确定度0.01Lk(r)标准器的温度部分校准溯源引起的不确定度0.03Ih(r)校准太阳电池量子效率测试仪温控平台温度示值重复:性引起的不确定度0.06H.6合成标准不确定度计算由于各影响量彼此独立不相关，因此合成标准不确定度为:V1=0.08H7扩展不确定度的确定取置信概率P=95%,取公2,本次校准测量结果的相对扩展不确定度为:l=0.08C2=0.16C(k=2)H.8结果及其不确定报告温控平台温度示值误差校准结果扩展不确定度：C=0.16oC,=2o太阳电池量子效率测试仪校准原始记录格式证书编号记录编号委托单位委托单位地址仪器型号/规格出厂编号光源类型制造厂校准地点校准依据校准环境条件：温度相对湿度%RH表H校准使用设备序号主标准器名称型号规格编号不确定度或准确度等级或最大允许误差证书编号有效期至Dl外观检查：D2单色光光斑不均匀性：D3偏置光光斑不均匀性：D4偏置光光谱匹配度：D5相对光谱响应示值误差：D6光谱响应测量重复性：D7短路电流示值误差：D8反射率测量示值误差：D9波长示值误差：DlO光谱带宽：Dll温控平台示值误差：D12温控平台稳定性：D13温控平台均匀性：校准结果不确定度：核验员校准员校准日期
