style="width:12.22014in;height:10.95347in" /> 本文是学习GB-T 6496-2017 航天用太阳电池标定方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了采用地面直接阳光方法进行航天用一级标准太阳电池标定的标定原理、仪器设备、测
试系统和程序等。
本标准适用于航天用单晶硅、单结砷化镓一级标准太阳电池以及航天用多结砷化镓太阳电池相应
的一级标准子太阳电池的标定，其他类型航天用标准太阳电池、地面用标准太阳电池的标定可参照
执行。
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2297 太阳光伏能源系统术语
GB/T 6492 航天用标准太阳电池
GB/T 6495.4 晶体硅光伏器件的I-V 实测特性的温度和辐照度修正方法
GB/T 6495.8 光伏器件 第8部分：光伏器件光谱响应的测量
ISO 15387:2005 航天系统 单结太阳电池 测量与标定程序(Space
systems—Single-junction
solar cells—Measurements and calibration procedures)
GB/T 2297 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
一级标准太阳电池 primary standard solar cell
用规定的方法制作，具有与被测太阳电池相同的相对光谱响应，采用规定的不基于其他标准太阳电
池的标定方法标定过的太阳电池。
3.2
一级标准子太阳电池 primary standard component
solar cell
用规定的方法制作，具有与被测多结太阳电池相应子电池相同的相对光谱响应，采用规定的不基于
其他标准太阳电池标定方法标定过，用于太阳模拟器相应波段辐照度的设定的太阳电池。
3.3
航天用太阳电池标定 space solar cell calibration
确定标准太阳电池或标准子太阳电池在标准或真实 AM0
阳光条件和标准温度下短路电流的
过程。
3.4
AM0 阳光条件 air mass zero sunlight
condition
大气层上界日地平均距离处与阳光光线垂直平面上的阳光光照条件。
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3.5
标准温度 standard measurement temperature
标准太阳电池短路电流标定结果规定的温度值，规定为25℃。
航天太阳电池的标定从原理上分为高空标定方法和地面标定方法两类。高空标定方法中的高空飞
机标定方法和高空气球标定方法的原理和程序参见附录 A。
地面直接阳光方法原理为：在地面直接阳
光下测试太阳电池短路电流、温度，以及地面阳光的总辐照度和光谱辐照度，通过总辐照度、光谱辐照度
和温度修正，计算出太阳电池在标准温度下的AMO
短路电流，从而得到航天用一级标准太阳电池和一
级标准子太阳电池(以下统称为标准太阳电池)。地面直接阳光标定方法的原理框图(见图1)。
地面直接阳光方法采用的 AMO 标准阳光条件为AMO
标准阳光光谱辐照度(见附录B 的规定)。
style="width:12.22014in;height:10.95347in" />
图 1 地面直接阳光方法原理框图
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辐照度和光谱辐照度修正的计算方法见式(1)。
式中：
style="width:6.9867in;height:1.23896in" />
………………
(1)
Isc(AMO)——AMO 标准阳光条件下的太阳电池短路电流值，单位为毫安(mA);
Isc(AMx)— 地面直接阳光下的太阳电池短路电流测量值，单位为毫安(mA);
E(λ) 地面阳光光谱辐照度测量值，单位为瓦每平方米纳米[W/(m² ·nm)];
ER(λ) ——AMO 标准阳光光谱辐照度，单位为瓦每平方米纳米[W/(m² ·nm)];
地面直接阳光辐照度，单位为瓦每平方米(W/m²);
SR(λ) —— 太阳电池相对光谱响应测量值；
入 波长，单位为纳米(nm)。
式中各光度量中只有 E
需要进行绝对测量，光谱量都只需进行相对测量，因此标定测试结果的准
确度取决于E 的测量准确度。
I.(AMx) 采用测量四端引线精密电阻压降的方法或具有电压偏置功能的I-V
曲线测试设备进行
确定，以保证太阳电池处于短路状态。
E(λ)
采用扫描光栅式或阵列探测器式光谱辐照计进行测量，光谱辐照计可只进行相对光谱辐照度
校准。
E 采用绝对直接辐射计或经绝对直接辐射计标定过的直接辐射计进行测量。
SR(λ) 的测量可采用单色仪式或窄带滤光片式光谱响应测试装置进行，并应符合
GB/T 6495.8 的
要求。
太阳电池标定时，若不能将太阳电池的温度控制在25℃±1℃,则需测量标定时太阳电池的温度，
并利用太阳电池短路电流温度系数测量值，通过式(2)将太阳电池短路电流修正到25℃时的数值。
I(AMx)=Isc(AMx)[1-a(T-25℃)] (2)
式中：
I (AMx)——
地面直接阳光下的太阳电池温度为25℃时短路电流测量值，单位为毫安(mA);
α ——太阳电池短路电流温度系数，单位为每摄氏度(℃-1);
太阳电池温度测量值，单位为摄氏度(℃)
标定用测试设备应经过具有资质的计量机构的检定、校准，并应在有效期内。
太阳电池短路电流测试设备要求如下：
a)
太阳电池短路电流值通过测量一个具有四端引线的精密电阻其上的电压降进行确定。四端引
线的精密电阻与太阳电池之间的导线应尽量短。测试时太阳电池端电压应小于该太阳电池开
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路电压的3%。
b) 太阳电池短路电流值也可通过测试太阳电池的 I-V
曲线进行确定。应采用四线制测试方法测 量太阳电池的I-V 曲线。
c) 太阳电池短路电流测量的最大允许误差应优于0.2%。
d)
同时标定多个太阳电池时，可采用多通道数字电压表或多通道数据采集器测量各太阳电池的
短路电流和温度，或采用多通道 I-V 曲线测试设备测试各太阳电池 I-V
曲线，以提高测试 效率。
太阳电池温控及测温设备要求如下：
a) 太阳电池温控设备应能在室外环境下将太阳电池的温度控制在25℃±1℃;
b) 温控设备应能够利用标准太阳电池封装底座内的温度传感器作为测温元件；
c) 温度传感器采用Pt100 铂电阻，体积应尽量小；
d)
温度传感器应安装在金属太阳电池底座粘贴太阳电池的表面处，并保证与底座热接触良好；
e) 太阳电池温度测量的最大允许误差应优于0.5℃。
太阳电池相对光谱响应测试设备应能够按照GB/T 6495.8
中的相关规定测试太阳电池的相对光
谱响应。
应采用腔体式绝对直接辐射计或经腔体式绝对直接辐射计标定过的直接辐射计进行地面直接阳光
辐照度测量。腔体式绝对直接辐射计的最大允许误差应优于0.2%。
地面阳光光谱辐照度测试设备要求如下：
a)
应采用能够在室外条件下可靠工作，且便于在太阳跟踪器上安装的小型光谱辐射计；
b) 光谱辐射计在使用前应进行相对光谱辐照度的标定；
c) 光谱辐射计的技术指标应满足以下要求：
1) 波长范围为：280 nm～2500 nm;
2)
地面阳光光谱测试带宽及相对光谱辐照度标定的最大允许误差应满足表1要求。
表 1 地面阳光光谱测试带宽
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太阳跟踪器要求如下：
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a)
加装准直筒的太阳电池、光谱辐照计、绝对直接辐照计或直接辐射计应安装在同一个或分别安
装在多个太阳跟踪器上；
b)
太阳跟踪器应采用水平、俯仰双轴光电自动跟踪方式。在标定测试期间，太阳跟踪器应能够始
终跟踪太阳，跟踪精度应优于0.5°;
c)
若采用多个太阳跟踪器，则应保证各敏感器都能同时对准太阳并达到相同的跟踪精度，以避免
各跟踪器跟踪精度差异对标定结果的影响；
d)
太阳跟踪器应具有足够的承载能力和稳定度，能够在安装所有设备的情况下，在五级风力下正
常工作。
准直筒要求如下：
a) 应为光谱辐射计和太阳电池设计、制作专用准直筒；
b)
光谱辐照度计和太阳电池应加装与绝对直接辐射计具有相同视场角的准直筒。如果需要同时
标定多个太阳电池，则每一个太阳电池都应加装一个准直筒；
c) 内部设置消杂光光阑，并喷涂消光黑漆；
d) 设备安装时应保证所有准直筒相互平行，不平行度应小于0.5°立体角。
太阳电池标定测试系统框图见图2,室外标定装置的组成见图3。
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style="width:11.55991in;height:9.4534in" />
说明：
1 — 直接辐射计或绝对直接辐射计；
5 — Pt100 铂电阻温度传感器；
9 — — 标准 AM0 光 谱 ； 10— 标定结果。
图 2 标定测试系统框图
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style="width:7.77337in;height:7.72002in" />
说明；
2 — 太阳电池准直筒； 3 ——安装板；
10——阳光光谱辐射计；
12——光谱辐射计准直筒。
图 3 室外标定装置示意图
标准太阳电池样品应满足如下要求：
a) 符 合 GB/T 6492 的相关规定；
b) 尺寸 一 般为20 mm×20mm
的正方形，电池表面粘贴防辐射盖片玻璃，并焊有上下互联片；
c)
粘贴、固定在专用的电池底座上。电池底座便于实现电池的温控、测温和测试电缆的连接，并
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有清晰、牢固的标识。
7.1.2.1 相对光谱响应
按照GB/T 6495.8 的相应规定测试太阳电池样品的相对光谱响应。
7.1.2.2 短路电流线性度
按照 ISO15387:2005 附录 I 的规定测试太阳电池的短路电流线性度。
7.1.2.3 温度系数
按照GB/T 6495.4
中的相关规定测量太阳电池的短路电流温度系数，温度系数范围应大于10℃~
60℃。
7.1.2.4 I-V 特性曲线
按照 GB/T 6494 相关规定测试太阳电池样品的I-V 特性曲线。
7.2.1.1 标定场地
应选择无山峰、建筑物、树木等高大物体的开阔场地作为标定场地。
7.2.1.2 天气条件
应选择围绕太阳30°立体角内无可观察到的云雾的晴朗蓝天进行标定。标定时空气质量应达到
1级。
7.2.1.3 阳光辐照度
标定时，地面直接阳光辐照度应大于750 W/m²。
7.2.1.4 阳光辐照稳定性
标定时，阳光辐照应足够稳定，在30 s
时间间隔内太阳电池短路电流波动应不大于±0.5%。
7.2.1.5 大气质量
标定时，大气光学质量应在1.00～2.00之间。
7.2.1.6 水汽含量
标定时，大气水汽含量应在0.5 mm～2.0 mm之间。
标定测试步骤如下：
a) 将带底座的标准太阳电池安装在准直筒后端；
b)
将装有标准太阳电池的准直筒、绝对直接辐射计或直接辐射计、光谱辐照计安装在同一个或多
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个太阳跟踪器上；
c)
启动太阳跟踪器，持续跟踪对准太阳，保证装有标准太阳电池的准直筒、光谱辐射计的准直筒、
绝对直接辐射计或直接辐射计均与阳光光线平行，偏差小于0.5°立体角；
d)
若具备温控装置，将标准太阳电池的温度控制在25℃±1℃(宜尽量采用温控装置);
e) 确认直接阳光辐照度不低于750 W/m²;
f) 在60 s
内完成一次直接阳光的辐照度、光谱辐照度、标准太阳电池的短路电流或 I-V
曲线及 温度的测试；
g) 重复步骤 c)～f)至少5次，同时环境条件应满足7.2.1的规定；
h) 至少在不同的3d,在同一地点进行a)～g)
的操作和测试，同时环境条件应满足7.2.1 的规定。
标定结果的计算步骤如下：
a)
利用式(2)将太阳电池的短路电流测量值修正到标准温度25℃下的数值(若在7.2.2中采用了
温控措施则可省略此步骤);
b) 利用式(1)计算标准太阳电池的 AMO 短路电流；
c) 采用至少3 d、每天5次标定数据的平均值作为标定结果。
标准太阳电池一般每2 a 进行一次复标定。
标定报告应包括以下内容：
a) 标准太阳电池编号、型号；
b) 标准太阳电池材料、类型；
c) 标准太阳电池封装类型；
d) 标准太阳电池生产单位、生产日期；
e) 相对光谱响应测试数据；
f) 短路电流温度系数测试数据；
g) 短路电流线性度测试数据；
h) I-V 曲线测试数据；
i) 标定天数、日期；
j) 标定地点及经纬度；
k) 标定时的大气质量；
1) 标定时大气水汽含量；
m) 采用的绝对直接辐射计或直接辐射计的类型、型号及准确度；
n) 标准太阳电池在AMO 标准阳光条件下、标准温度时的短路电流标定结果
Ix(AM0,25℃);
o) 短路电流标定结果 Isc(AM0,25℃) 的测量不确定度；
p) 标定单位。
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(资料性附录)
太阳电池高空标定方法
A.1 高空飞机标定方法
A.1.1 标定原理
在一个高空区间的一系列不同高度上测试阳光直射时太阳电池的短路电流，绘出太阳电池短路电
流 Isc相对于大气质量 AM 的关系曲线，通过外推即可得 AMO
时太阳电池的短路电流 Isc(AMO)。 测
试应在太阳正午的一段较短的时间内完成，以保证太阳高度角在这期间保持不变。太阳电池短路电流
测试点的高度和大气质量可通过测量舱外气压进行计算。
A.1.2 仪 器 设 备
高空飞机标定需要以下设备：
a) 一架飞行高度可达15.4 km,
下降时俯仰、偏航和滚动控制精度可达到1°的高空飞机；
b) 一个能够在高空飞机上安装的，准直比为5:1或更大的准直筒装置(见图
A.1), 准直筒安装
在机舱的一个开敞的窗口处，窗口前端应安装窗门，以便在飞机起飞、着陆和低空飞行时对电
池和准直筒装置进行保护；
c) 一套用于控制和数据存储的计算机系统；
d) 一套校准过的高灵敏绝对气压传感器装置；
e) 一个经过标定的安装在驾驶舱的阳光光点指示器；
f)
一个经过可溯源到世界辐射中心太阳辐照基准的原级标准辐射计标定过的绝对腔体式辐
射计。
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style="width:8.63996in;height:5.03998in" />
说明：
图 A.1 高空飞机准直筒装置示意图
A.1.3 环境条件
太阳电池的标定应在大气层中确定为平流层的区域进行。应选择在一年当中太阳高度角最大的时
间进行标定。太阳电池的温度应控制在25℃±1℃。
A.1.4 标定程序
高空飞机标定程序步骤如下：
a)
将被测太阳电池安装在温控测试台面上，温控测试台同时作为准直筒后盖。保证太阳电池的
电极与温控测试台上连接测试仪器的电极有良好的欧姆接触。
b)
每一个待标定的太阳电池应配置一个负载电阻。负载电阻的阻值应保证太阳电池在辐照度为
一个太阳常数的阳光辐照下，太阳电池两端的压降不大于20 mV。
负载电阻应采用准确度优 于士0. 1 %的精密无感线绕电阻。
c)
确定大气条件是否满足太阳电池标定飞行的要求。飞行空域高层大气状态数据必需在标定飞
行当天格林威治时间12:00时，在至少3个相关地点进行采集。在保证飞行安全前提下根据
气象条件采取适当的操作方式操纵飞机。
style="width:6.31992in;height:4.7399in" />class="anchor">GB/T 6496—2017
d) 根据现行天文历的数据计算并设定准直筒的俯仰角。
e)
将电池标号、负载电阻阻值、太阳和准直筒角度、地心距离及温度控制数据等参数输入控制计
算机的软件。
f) 将准直筒和导向阳光光点指示器调整到合适的角度。
g)
将测试台安装到飞机上的准直筒后端。如有必要更换负载电阻。检测整个飞机系统，包括计
算机软硬件、数据采集系统、外部窗门、温度控制和压力传感器。启动机载计算机软件进行标
定测试。
h)
标定飞行后，从准直筒的测试台上取下太阳电池并从计算机上下载标定测试数据。
i) 根据式(A.1) 计算各短路电流测试点高度的大气质量：
style="width:2.73335in;height:0.61996in" />…(A. 1)
式中：
M ——短路电流测试点高度的大气质量；
P ——短路电流测试点高度的大气压，单位为帕(Pa);
P 。——海平面的大气压，单位为帕(Pa);
Hc— 太阳高度角，单位为度(°)。
画出太阳电池短路电流的对数与大气质量的关系曲线，进行地心距离和臭氧修正，并将曲线外推到
大气质量为零的坐标点即可得到太阳电池短路电流的 AMO 标定结果(见图
A.2)。
大气质量
图 A.2 曲线外推示意图
A.2 高空气球标定方法
A.2. 1 概述
太阳电池高空标定的目的是获得大气层外 AMO
标准太阳电池，用于准确设定太阳模拟器的辐照
度。高空气球标定方法是利用高空气球将太阳电池带到36 km
或更高的高空测量其短路电流，然后将
电池回收并作为标准太阳电池使用。将经过高空标定的标准太阳电池放置在太阳模拟器的光束下，调
节太阳模拟器的辐照度，直到标准太阳电池的短路电流达到与在高空气球上的短路电流测量值相同，只
要标准太阳电池与被测太阳电池或组件具有相同的相对光谱响应，模拟器的辐照度即被设定完成。这
是一种非常准确的太阳模拟器辐照度设定方法，尽管这时太阳模拟器的辐照度与
AMO 阳光并不完全
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匹配。
A.2.2 标定原理
标定的基本原理是测量每一个飞行电池的短路电流，因为短路电流与光强成正比。实际标定中，每
一个太阳电池通过一个负载电阻将电池的工作点设置在接近短路状态。负载电阻应选择温度系数优于
2×10-⁵/℃的高稳定线绕精密电阻。如果测试太阳电池的 I-V
曲线，则不需要负载电阻。气球上的太
阳电池暴露在直射阳光下，利用一个太阳跟踪器保持太阳电池始终正对太阳。如果太阳跟踪误差可以
忽略，只需两项修正即可将测值转换到 AMO 标准条件的数值：
一项是日地平均距离修正，另一项是温
度修正。
A.2.3 仪器设备
太阳电池高空标定气球装置主要包括：
a) 主气球：采用20μm 聚乙烯薄膜制成，充满后体积约为1×10⁵ m³, 重约300
kg。
b) 小气球：充满后体积约80 m³, 重约4 kg。
c) 球顶载荷包括：
1) 太阳跟踪器；
2) 太阳角度传感器；
3) 直流电压标准；
4) 数据采集系统；
5) 摄像机；
6) 时钟装置；
7) 回收降落伞；
8) 为太阳跟踪器和数据采集系统供电的蓄电池电源装置；
9) 追踪信标机。
d) 球下载荷包括：
1) 为球下载荷供电的蓄电池电源装置；
2) 用于气球高度控制的压仓装置；
3) 经加固处理的电子设备；
4) GPS 接收机；
5) 无线电应答机；
6) 回收降落伞。
e) 安装在太阳跟踪器上的太阳电池组件。
f) 地面支持设备包括：
1) 遥测接收和记录系统；
2) GPS 接收机；
3) 用于解算气球位置、高度和姿态的计算机系统；
4) 专用气球施放车；
5) 追踪回收车；
6) 跟踪、搜索和回收飞机。
太阳电池高空标定气球装置示意图见图 A.3。
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style="width:3.70001in;height:8.17322in" />
说明：
1——太阳电池组件；
2——太阳跟踪器；
4—气球；
5——设备吊篮降落伞；
6——球下设备吊篮。
图 A.3 太阳电池高空标定气球装置示意图
A.2.4 环境条件
气球的飞行安排在6月～9月，因为每年的这段时间太阳高度角最大(气球施放地点在北纬30°~
40°附近),阳光照射到太阳电池穿过大气层的路径最短。为了尽量降低大气层对阳光的影响，太阳电池
的标定测试应在35 km 以上的高度进行。
A.2.5 标定程序
高空气球标定步骤如下：
a)
太阳电池飞行标定前，应对数据采集系统进行校准。在数据采集系统的输入端输入一系列不
同的标准电压，测量相应的输出电压，利用最小二乘法对测试数据的处理结果设定数据采集系
统放大器的增益和偏置。应分别对如下放大器进行校准：
1) 测量接有固定负载电阻的太阳电池输出电压的放大器；
2) 测量太阳电池 I-V 特性的电压放大器；
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3) 测量太阳电池 I-V 特性的电流放大器。
b)
太阳电池的温度通过安装在电池底座中的铂电阻温度传感器进行测量。用于测量铂电阻温度
传感器信号的放大器也应在太阳电池飞行标定前进行校准。上述校准工作在室温条件下进
行。太阳电池飞行标定前，应在控温箱中对数据采集系统的温度稳定性进行测试。
c)
飞行标定前，对太阳跟踪装置和数据采集系统进行环境试验。环境试验时需将全部要进行飞
行标定的太阳电池安装到太阳跟踪器上。将全部设备放进热真空实验舱并接通电源开始工
作。将实验舱抽真空到气球平飘高度对应的气压(高度36.6 km 时气压为500 Pa)
。 监测数据
采集系统在一50℃~50℃温度范围的工作情况，同时监测太阳跟踪器的工作情况，以确认设
备能在上述环境中正常工作。
d)
气球标定飞行期间，测试数据通过无线电传回地面接收站。太阳电池标定数据送到一台专用
计算机进行实时显示和存储。至少应积累标定飞行当地正午1 h 内30 min
的测试数据。
e) 飞行结束时太阳跟踪器装置与气球分离并通过降落伞返回地面。
f) 飞行结束后，利用计算机对测试数据进行分析处理。根据式(A.2)
对测试结果进行温度和日 地距离修正：
V²5. 1=Vr.R(R²)-α ·T(T-25) … … … … … … … …(A.2)
式中：
V²5.
1——连接负载电阻的太阳电池在温度为25℃,日地距离为一个天文单位时的端电压，单
位为伏(V);
VT.R 连接负载电阻的太阳电池在温度为 T、日地距离为R
时的端电压，单位为伏(V);
R —— 日地距离，单位为天文单位(AU);
α — 太阳电池短路电流温度系数，单位为每摄氏度(℃ - 1);
T — 太阳电池温度测量值，单位为摄氏度(℃)。
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(规范性附录)
AM0 标准阳光光谱辐照度
AMO 标准阳光光谱辐照度数据见表B.1。AMO 标准阳光光谱辐照度分布曲线见图
B.1。
表 B.1 AM0 标准阳光光谱辐照度
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表 B.1( 续 )
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