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摘要：目前，我国太阳能电池片的计量能力还不完善，建立太阳能电池片计量标准是行业发展的迫切要求。中国计量科学研究院主导承担了国家科技支撑计划项目“太阳能电池片计量标准及量值溯源传递关键技术研究”，课题采用绝对辐照计由世界辐射基准（WRR）溯源到SI的方法，研制标准太阳能电池片检测装置，并对校准测试结果进行不确定度分析。
关键词：标准太阳能电池片；校准装置；不确定度
引言
随着工业化进程的不断加快，对能源的需求也越来越大。绿色环保的可再生能源开发成为热点，太阳能的利用，无疑是最理想的举措。自1954年贝尔实验室提出太阳能电池以来，已经发展到第三代，不同材料、结构的太阳能电池层出不穷，其中晶硅太阳能电池是发展历史最长，生产制备技术最成熟，市场占有率最高（占据光伏市场的90%以上。但太阳能电池依然有很多技术壁垒，各类产品竞争的焦点是转换效率、制作工艺和成本，本文通过对标准太阳能电池片校准装置不确定度分析进行研究，以优化太阳能电池片校准技术。
1太阳能电池片发展概述
太阳能在危机中找到了发展的良机。在世界上许多天空未受污染的地方，用于将光能转化为电能的光伏发电站将变得更加可靠、更具效率。20世纪50年代，美国贝尔实验室制造出首个具有实用价值的太阳能电池，其能源效率为6%，但售价极为昂贵。然而，在接踵而来的太空竞赛中，它确实被证明是超级大国在为卫星提供动力方面的杀手锏。人们为此趋之若鹜。随着技术的发展，太阳能电池成本逐渐降低，效率也提高了，达到17%～20%，应用范围也因此扩大。如今，电网管理人员面对过剩的产能，更倾向于使用太阳能而非化石燃料发电。不过，尽管太阳能电池在细节上有了改进，但其作用原理依然保持不变。它们由两层超纯（99.9999%）硅组成。在硅层中加入添加剂后，超纯硅成为可吸收光线的半导体材料，利用光能使电子穿过两层超纯硅之间的结合处，从而产生电流。标准太阳能发电厂可生产达到电网规模的电力，因此可能会继续沿用这一构造。但许多人认为，太阳能的潜能可以更大。一些人希望大刀阔斧地对太阳能发电厂进行重新设计；而另一些人则认为太阳能的应用领域较小，无需与电网连通。无论是哪一种方案，其所需的效率都是当前的标准硅无法企及的，而实现方案所需的电池则都存在售价高昂的问题。
2标准太阳能电池片校准原理
首先测出标准太阳能电池片的光谱响应，然后测量标准测试条件下的短路电流，根据标准光谱分布和测得的光源光谱分布，得到标准太阳能电池片的校准值，作为量值溯源的依据。标准太阳能电池片的校准，是在AM1.5标准光谱分布、辐照度为1000W/m2、温度为25℃条件下，测量标准太阳能电池片的短路电流值。由于校准条件，尤其是光谱分布不可能在标准条件下测量，一般需要对校准值进行辐照度修正、温度修正和光谱失配修正，公式为
CV=ISCMGMTMMF（1）
式中：CV——标准太阳能电池片的校准值，mA；ISC——标准太阳能电池片的短路电流值，mA；MG——辐照度修正系数；MT——温度修正系数；MMF——光谱失配系数。
3不确定度来源分析
除了考虑重复性和标准太阳能电池片引入的分量，还应考虑标准曲线引入的不确定度分量。因仪器是采用线性回归标准曲线测定样品，利用被测样品元素由基态被激发跃迁，后辐射能量不同产生不同的响应值与浓度成正比关系，通过检测已知标准标准太阳能电池片的响应值，拟合标准曲线，再反测未知样品响应值来推算标准太阳能电池片值。由于被测样品点未必都落在标准曲线上，标准本身具有不确定性，连带被测标准太阳能电池片也具有不确定性，所以还应考虑标准曲线所引入的不确定度分量。
4合成不确定度
根据式（1），由于各输入量为相乘关系，各输入量的灵敏系数均为1，各输入量的不确定度按百分比表示，标准太阳能电池片校准结果的扩展合成不确定度U（CV）按各分量的不同分布可表示为
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5提高标准太阳能电池片校准装置效果的有效策略
5.1提高校准装置的安全性
校准装置的优劣不仅仅是考量它的功能，更重要是评价其性能，是产品应用的保障，更是装备优劣的关键评价标准。为保障太阳能电池片校准装置的安全性，在方案阶段选择适用的安全性设计规范、指南、准则等，并在设计中贯彻执行。在太阳能电池片校准装置中根据安全性分析信息，对所采用的安全性设计准则及所进行的设计作必要的补充完善。首先在设备研制过程中尽可能选择无危险或在寿命周期内风险最小的材料；其次避免使工作人员在系统使用、保养、维护、修理等过程中暴露于危险环境，或将其风险降低到可接受水平的设计；最后设计软件控制或监测的功能，当各种可行的安全性设计措施都未能消除危险，或不能将其风险降低到可接受水平时，触发报警装置并标出醒目的标志，以确保人员和设备的安全。只有形成良好的保障系统，才能更好地保障测试系统达到规定的系统战备完好性要求。为确保设备的保障性，采取相应的保障措施，规划保障设施所需的信息主要包括保障设施的约束条件、现有保障设施清单及功能说明、规划使用保障和规划维修的结果等。
5.2加强校准结果验证
为测试校准结果好坏与否，采用车间现有的稳定性良好的一台C-TEX制绒设备进行测试，测试改造前的刻蚀量与改造后的刻蚀量。改造方法是对制绒设备组装上浓度校准系统。数据采集为抽样采集，采集方法为每10分钟对设备中五道中第三道刻蚀量测量一次，共进行了十次测量。测量结果如下表1。图1为表现刻蚀量的波动情况，产线刻蚀量要求范围为3.3g-3.5g，从图中可以看出改造后的刻蚀量波动性要比改造前好，其方差也能充分显示改造后的稳定性变好。
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5.3测试误差精密补偿技术
校准装置进行射频信号功率校准时需要通过射频线缆或者转接头连接。由于射频转接头、射频线缆对射频信号有衰减作用。为了消除由于射频转接头、射频线缆带来的校准误差，校准装置提供通道误差修正功能。校准装置以高精度的USB功率传感器为基准，首先，不连接射频线缆时，直接用USB功率传感器测量射频输出通道电平值记为L0，连接射频线缆时，再次使用USB功率传感器测量信号经过射频线缆后的电平值记为L1，插损值为：L0-L1。在进行射频校准时测试结果等于测试值减去线缆带来的插损值，通过这种方法消除了射频连接线缆、转接头带来的误差，最大程度的可以保证校准数据的准确。
结束语
综上所述，标准太阳能电池片校准结果的不确定度，主要由探测器的校准不确定度、仪表的测量不确定度以及温度、光源不稳定等因素引入。本文对标准太阳能电池片校准装置进行分析，并提出改进措施，为我国太阳能电池片的发展贡献一份力量。
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