Solsimulatorer inom fotovoltaik: grunder och mätteknik

En solcell är inte en universell ljusmätare utan en spektralt selektiv omvandlare: den svarar inte på hur mycket strålning som träffar den, utan vilken strålning. En solsimulator måste därför producera mer än en total irradians på 1000 W/m² - den måste återge en spektral fördelning som ligger tillräckligt nära det standardiserade referensspektrumet AM1.5G. Den centrala utmaningen är att avvikelser uppstår längs tre oberoende dimensioner - spektral matchning, rumslig likformighet och tidsmässig stabilitet - som inte kompenserar varandra. Endast den standardiserade klassificeringen av dessa tre storheter enligt IEC 60904-9 gör att verkningsgradsmätningar på solceller och moduler blir jämförbara mellan laboratorier, tillverkare och certifieringsorgan.

Solceller blev för första gången världens största installerade teknik för elproduktion under 2025: de globala nyinstallationerna passerade för första gången 600 gigawatt, den ackumulerade kapaciteten nådde omkring 2 800 gigawatt, och solenergi stod för mer än tre fjärdedelar av världens nya kapacitet för förnybar elproduktion, enligt International Energy Agencys Global Energy Review 2026 (IEA, 2026). För test- och mätteknik är det inte volymen som är det relevanta, utan den tekniska diversifieringen bakom den: vid sidan av kristallint kisel etablerar sig heteroövergångsceller, tunnfilmssystem baserade på CdTe och CIGS, samt tandemceller av perovskit-kisel, tillsammans med en växande andel bifaciala moduler.

Den tekniska konsekvensen följer en tydlig kedja: ökande modulmångfald och högre cellverkningsgrader ökar känsligheten hos testresultaten för spektrala avvikelser hos testkällan. Varje ytterligare materialklass - tunnfilm, bifacial, tandem - medför sin egen spektrala responskurva, vilket i praktiken minskar den felmarginal en solsimulator kan tillåta sig, jämfört med de enklare monokristallina kiselceller från 1980-talet som de ursprungliga standarderna utformades för.

Fem utvecklingar förändrar mätuppgiften inom solsimulering:

• Övergång från gasurladdningslampor till LED-teknik. LED-simulatorer ersätter i allt högre grad xenon- och metallhalogensystem eftersom de erbjuder längre livslängd, lägre underhåll och spektral formning som kan justeras elektriskt i stället för optiskt. Resultatet är att testfokus förskjuts från filteroptik mot elektronisk kanalstyrning och mjukvarubaserad spektral kalibrering av enskilda LED-grupper.
• Införande av A+-klassen och valfria spektrala mått. IEC 60904-9:2020 fördubblade utvärderingens stränghet och införde SPC/SPD, ett instrument som specifikt motverkar att binklassificeringen formellt uppfylls genom LED-spektra med luckor. Detta leder till ökade dokumentationskrav för utrustningstillverkare, som i allt högre grad kommer att behöva ange inte bara en klassbeteckning utan även täcknings- och avvikelsevärden på ett transparent sätt.
• Flerkällssystem för tandemtekniker. I och med marknadsintroduktionen av tandemmoduler av perovskit-kisel växer simulatorer fram med flera dussin oberoende styrbara spektrala kanaler och utökade våglängdsområden bortom 1 600 nanometer. Detta skapar en tätare koppling mellan simulatorkalibrering och cellkarakterisering, eftersom den spektrala inställningen måste bestämmas individuellt för varje delcell.
• Bifaciala testförfaranden. Den tekniska specifikationen IEC TS 60904-1-2 formaliserar förfaranden för att mäta bifaciala moduler under simulerad och naturlig bestrålning. Detta medför ett ökat behov av sensorer för bestrålning på baksidan samt ett växande behov av testställ som kan belysa båda modulsidorna samtidigt på ett kontrollerat sätt.
• Stabiliserade effektprotokoll för instabila material. För perovskit och andra metastabila cellteknologier etableras samförståndsbaserade testprotokoll med kontinuerlig belysning och tidsupplöst effektstabilisering. Konsekvensen är en förskjutning bort från den rena ögonblicksbilden i klassisk blixtmätning mot en effektkurva som dokumenteras över minuter till timmar.

Marknadsstorlekar, tillväxttakter och källor för detta tillämpningsområde sammanfattas på sidan Marknadsutveckling för UV-teknik.

En solsimulator producerar artificiellt ljus som återger den spektrala irradiansen hos naturligt solljus under definierade atmosfäriska förhållanden. Referensstorheten är AM1.5G-spektrumet (Air Mass 1.5, Global), ett spektrum som härletts beräkningsmässigt ur en atmosfärsmodell som representerar mellaneuropeiska till nordamerikanska breddgrader vid en solzenitvinkel på 48,2° och är normaliserat till en integrerad irradians på 1000,4 W/m² (ASTM G173-03). En ljuskälla - oftast en gasurladdningslampa eller en kombination av många lysdioder - formas med hjälp av optik, filter och styrelektronik så att intensitet, spektrum och likformighet i provplanet kommer så nära detta referensspektrum som möjligt.

Fysikaliskt är det avgörande att en solcell inte själv integrerar irradiansen, utan produkten av spektral irradians och cellens våglängdsberoende spektrala responsivitet. Två ljuskällor med identisk total irradians men olika spektrum ger olika fotoströmmar på samma cell. En solsimulator kalibreras därför inte vid lampans utgång utan i provplanet, med hjälp av en spårbart kalibrerad referens-solcell eller en spektroradiometer.

Gasurladdningslampor dominerade historiskt eftersom de, när den första relevanta standarden ASTM E927 (1979) utarbetades, var de enda tillgängliga källorna med ett tillräckligt solliknande bredbandsspektrum (ASTM E927-19). Under ungefär två decennier har LED-baserade system alltmer etablerat sig och håller nu på att tränga undan traditionell xenonteknik i produktionslinjer och laboratorier.

På grund av sina naturliga bredbandsegenskaper är xenonlampor fortfarande vanliga inom storytemodultillverkning, men de kräver regelbunden omjustering genom spektral filtrering, eftersom deras emissionslinjer, särskilt över 800 nm, försämrar klassificeringen (IEC 60904-9:2020). Vid jämförande mätningar av PV-modulers ström-spänningskurvor har LED-system visat prestanda som är minst likvärdig med, och i stabilitet och spektral flexibilitet ibland överlägsen, xenonkällor (Chojniak et al., 2024).

En solsimulator bedöms inte utifrån en enda siffra utan av flera, ömsesidigt oberoende fysikaliska storheter:

• Spektral matchning beskriver hur väl simulatorns irradians i definierade våglängdsintervall överensstämmer med referensspektrumet AM1.5G. Den är avgörande eftersom en cells uppmätta fotoström beror på överlappningsintegralen mellan källspektrum och cellens responsivitet - inte på källans totala effekt.
• Rumslig icke-likformighet kvantifierar variationen i irradians över testytan. Den påverkar främst stora moduler och seriekopplade cellsträngar, eftersom det svagast belysta delområdet kan begränsa den totala strömmen.
• Tidsmässig instabilitet fångar variationer i irradiansen under mätningen. För pulserande simulatorer är den särskilt kritisk, eftersom lampans spektrum och intensitet fortsätter att förändras under blixtrörets uppgång och avklingning.
• Total irradians måste ställas in till referensvärdet 1000 W/m², eftersom en solcells karakteristiska kurva beror icke-linjärt på irradiansen; en avvikelse påverkar inte alla kurvparametrar proportionellt.
• Celltemperatur fastställs som den tredje koordinaten i Standard Test Conditions (STC), tillsammans med spektrum och intensitet (25 °C). Verkningsgraden hos kristallina kiselceller sjunker vanligtvis med 0,3 till 0,5 procentenheter per kelvin temperaturökning, så bristfällig temperaturkontroll snedvrider mätresultaten utan att detta syns i spektrumet.
• Spektral responsivitet hos referens- och testcellen bestämmer tillsammans med källspektrumet den spektrala missmatchningsfaktorn (se avsnittet nedan). Den är ingen fast egenskap hos en celltyp utan beror på skiktstruktur, inkapsling och åldringstillstånd.

Det vanligaste missförståndet i praktiken är att likställa lampans elektriska effekt med optisk irradians. De två storheterna är inte linjärt kopplade: en lampas elektrooptiska verkningsgrad förändras med drifttid, åldring, filtertillstånd och temperatur, så en till synes konstant elektrisk effekt kan ge en irradians som driver över tid. På samma sätt är en bestrålningstid i sig meningslös om det inte framgår vilken irradians den avser - en "bestrålningstid" utan tillhörande dos- eller intensitetsvärde är tekniskt sett ofullständig.

Ett andra vanligt fel är att mäta utanför det faktiska provplanet. En avläsning vid lampans utgång eller vid en fast referenssensor utanför testfältet beskriver källan, inte den faktiska bestrålningen av testobjektet; skillnader i optisk väglängd, spritt ljus och vinjettering kan orsaka avvikelser på flera procent som inte syns vid sensorn.

För det tredje övervärderas ofta det formella uppfyllandet av en klassificering. IEC 60904-9-klassificeringen graderar irradians i sex till tolv breda spektralband; inom ett band anges inte var i intervallet den erforderliga intensiteten faktiskt ligger. En LED-simulator kan därför formellt uppnå klass A eller A+ trots att dess spektrum består av smala toppar åtskilda av spektrala luckor. Jämförande utvärderingar visar att verkliga kommersiella system med en spektral täckning på endast 65 till 79 procent samtidigt uppnår en hög formell klassbedömning (IEC 60904-9:2020). För celler med en bred, kontinuerlig spektral känslighet - till exempel tunnfilms- eller flerövergångsceller - är en sådan lucka tekniskt sett mer relevant än för en referenscell med smal känslighet.

För det fjärde är referenscellsmetoden, där simulatorns intensitet anpassas till en referenscells kalibrerade kortslutningsström, endast giltig under restriktiva villkor: den överförs korrekt till testcellen endast om antingen referens- och testcell har identisk spektral känslighet, eller om simulatorns spektrum exakt matchar referensspektrumet. Inget av detta är någonsin helt uppfyllt i praktiken; det resulterande systematiska felet kallas spektral missanpassning och måste korrigeras genom beräkning, inte kalibreras bort (ASTM E948).

För det femte är många karakteristiska värden endast giltiga under förutsättningen att testobjektet och dess omgivning befinner sig i termisk och elektrisk jämvikt. För pulsade xenonsimulatorer med blixtdurationer i millisekundområdet räcker tiden ofta inte till för att kapacitiva effekter i storytmoduler, eller det övergående, ljusinducerade beteendet hos instabila material som perovskit, ska hinna avta helt - den uppmätta kurvan beskriver då ett transient tillstånd, inte en stabil driftpunkt.

En solcells spektrala responsivitet är inte en universell storhet; den bestäms av bandgapet, skikttjockleken och de optiska förlusterna hos respektive absorbatormaterial. Kristallint kisel absorberar ungefär mellan 400 och 1100 nanometer; de ursprungliga spektralintervallen i ASTM E927 och de tidiga utgåvorna av IEC 60904-9 definierades exakt för detta intervall. Tunnfilmstekniker som CdTe och CIGS har sin absorptionskant fortfarande inom detta fönster, men gynnas av det utvärderingsintervall som 2020 utökades till 300–1200 nanometer, eftersom deras responsivitet vid korta våglängder fångas bättre där (IEC 60904-9:2020).

Även det utökade intervallet räcker inte för perovskit-kisel-tandemceller och III-V-multijunktionsceller: III-V-multijunktionsceller har absorptionsbandbredder på upp till 1800 nanometer. Tandemceller tillför en strukturell särprägel: subcellerna är seriekopplade, så den subcell som har lägst fotoström begränsar cellens totala ström (current-matching-villkoret). En spektral avvikelse hos testkällan verkar här inte som ett enhetligt fel över hela kurvan, utan förskjuter vilken subcell som blir begränsande - resultatet är en karakteristisk kurva som motsvarar en bestrålningssituation som inte förekommer under naturligt solljus. Av denna anledning kräver karakterisering av tandemceller en spektral justering av simulatorspektrumet där varje subcell ställs in specifikt mot den fotoström den skulle generera under referensförhållanden (Chojniak et al., 2024).

Faktorn för spektral missanpassning M korrigerar det systematiska fel som uppstår när simulatorns spektrum, referensspektrumet och de spektrala responsiviteterna hos referens- och testcellen avviker från varandra. Den är normativt definierad i ASTM E948 och IEC 60904-7:

M = [ ∫ E_ref(λ)·S_ref(λ) dλ / ∫ E_sim(λ)·S_ref(λ) dλ ] × [ ∫ E_sim(λ)·S_t(λ) dλ / ∫ E_ref(λ)·S_t(λ) dλ ]

Här är E_ref(λ) det spektrala referensspektrumet (vanligtvis AM1.5G), E_sim(λ) solsimulatorns faktiska spektrum i provplanet, S_ref(λ) referenscellens relativa spektrala responsivitet och S_t(λ) testcellens relativa spektrala responsivitet. Eftersom endast relativa spektrala former ingår i ekvationen faller absoluta kalibreringsfaktorer bort; endast kurvformen har betydelse. Testcellens M-korrigerade kortslutningsström under standardtestförhållanden erhålls genom att dividera den under simulatorn uppmätta strömmen med M (ASTM E948).

Tillämpbarheten kräver att både simulatorspektrumet och båda cellernas responsiviteter är kända med tillräcklig spektral upplösning inom det relevanta våglängdsområdet; mätosäkerheter i spektral responsivitet går direkt in i osäkerheten hos M. Modellens begränsningar: för två celler med starkt olika, särskilt strukturerad spektral responsivitet - exempelvis en tunnfilmscell mot en kristallin referenscell - kan M avvika märkbart från 1 och är samtidigt känsligare för små spektrala förändringar i källan. En systematisk osäkerhetsanalys har visat att missanpassningsfaktorns sammanvägda osäkerhet kan härledas från osäkerheterna i ingångsspektrumen med hjälp av Monte Carlo-simulering, och beror starkt på hur starkt korrelerade de enskilda osäkerhetsbidragen är spektralt: den utökade osäkerheten hos M varierade, beroende på antagen korrelationsgrad, mellan 0,06 och 1,26 procent (Maham, Kärhä & Ikonen, 2023). M är inte en fast instrumentkonstant utan måste bestämmas på nytt för varje kombination av simulator, referenscell och testcell, och dess osäkerhet måste anges i kalibreringsresultatet.

Antaganden. En referenscell av kristallint kisel med känd spektral responsivitet används för att ställa in intensiteten hos en klass A-xenon-solsimulator. En CIGS-tunnfilmscell ska testas; dess spektrala responsivitet är högre än kisels i det kortvågiga området (400–600 nm) och lägre över 900 nm - ett mönster som är typiskt för tunnfilmsteknologier och som upprepade gånger dokumenterats i litteraturen.

Modell. M bildas av de fyra spektrala integralerna enligt definitionen ovan.

Beräkning (kvalitativ, baserad på publicerade storleksordningar). Om xenonspektrumet avviker från AM1.5G-referensspektrumet med flera procent över 800 nm på grund av naturliga emissionslinjer påverkar detta CIGS-testcellen starkare än kiselreferenscellen, eftersom deras relativa viktning skiljer sig åt i detta spektralområde. Systematiska osäkerhetsstudier av referenscellskalibreringar har dokumenterat korrektionsfaktorer på några procent, med spektralt känsliga osäkerhetsbidrag som varierar från under en till några procent, för spektralt olika cellpar (Hohl-Ebinger & Warta, 2011).

Tolkning. Ett okorrigerat verkningsgradsvärde kan därför verka trovärdigt samtidigt som det systematiskt är för högt eller för lågt, utan att detta syns i kurvans form. För tillförlitliga verkningsgradsvärden är kombinationen av spektralt upplöst simulatormätning med känd cellresponsivitet därför inte en valfri extra mätning utan en del av den egentliga kurvmätningen.

Den internationellt harmoniserade klassificeringen av solsimulatorer enligt IEC 60904-9 (antagen i Tyskland som DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9) betygsätter tre karakteristiska värden oberoende av varandra, angivna i ordningen spektral matchning – spatial ojämnhet – temporal instabilitet, till exempel som "klass AAA" eller "klass A+A+A+":

Källa: IEC 60904-9:2020.

2020 års utgåva införde dessutom två valfria mätvärden, som ännu inte används för klassificering: spektral täckning (SPC) och spektral avvikelse (SPD). SPC anger andelen av spektrumet mellan 300 och 1200 nm där simulatorns irradians uppgår till minst 10 procent av AM1.5G-referensvärdet; SPD summerar de absoluta spektrala felen över hela intervallet. Båda mätvärdena infördes eftersom ren binklassificering – som beskrivs i föregående avsnitt – inte tillförlitligt kan skilja LED-simulatorer med ett gap men "bekvämt placerat" spektrum från dem som faktiskt återger spektrumet kontinuerligt.

Klasstabellen i avsnittet ovan anger den tillåtna avvikelsen men inte från vad. Här är svaret: referensspektrumet AM1.5G delas in i sex intervall, andelen av den totala irradiansen är fastställd för varje intervall, och klassen bestäms av det sämsta av de sex förhållandena – inte av deras medelvärde. Kolumnerna till höger omvandlar procenttoleranserna till absoluta andelar; klass B (60–140 %) utelämnas för läsbarhetens skull.

Tre saker följer av detta som en klassificering ensam inte avslöjar:

• Ett enda intervall avgör. En simulator som ligger på 95 procent i fem intervall och på 130 i det sjätte är klass B – inte bättre än en som ligger på 130 överallt. Klassen är ett minimum, inte ett betyg.
• Under 400 nm bedöms ingenting för A, B och C. Utvärderingsområdet för dessa tre klasser börjar vid 400 nm. En simulator kan vara klass A och leverera alldeles för lite eller för mycket i UV-området – irrelevant för en I-V-mätning på kisel, men inte för något uttalande om åldring, gulning eller inkapsling. Endast A+ utvärderar från 300 nm.
• Andelarna summerar till 100 procent. För mycket i ett intervall innebär med nödvändighet för lite i ett annat. En LED-simulator kan därför inte förbättras genom att öka enskilda kanaler – klassificeringen bedömer spektrumets form, inte dess höjd.

Andelar enligt IEC 60904-9 för referensspektrumet AM1.5G; vad som gäller är den aktuella utgåvan av standarden.

En solsimulator av klass A återger solspektrumet mellan 400 och 1100 nm – det område där en kiselcell genererar ström. För en I-V-mätning är det precis rätt. För frågan om hur länge modulen håller är det fel våglängdsområde: gulnande inkapslingsmaterial, delaminering, kritning av backsheeten och nedbrytning av kanttätningen utlöses i UV, och till största delen under 400 nm – där klassificeringen i A, B eller C inte tittar alls.

Modulstandarden skiljer därför på de två. IEC 61215 kräver UV-förkonditionering på 15 kWh/m² i intervallet 280 till 400 nm, varav minst 5 kWh/m² mellan 280 och 320 nm, vid en modultemperatur på 60 ± 5 °C – innan modulen ens går in i sekvensen för termisk cykling och fukt-frys. Ingen solsimulator ger den förkonditioneringen; en UV-testkammare med lampor byggda för ändamålet gör det.

Det är precis där Opsytecs bestrålningskammare finns:

• BS-04 – stor UV-testkammare, växlingsbar mellan UVA-351, UVB-313 och UVC. Växlingsbarheten är poängen här: de 5 kWh/m² i UVB kan inte nås med en lampa som endast avger UVA.
• BS-05 – UV-testkammare för åldring och fotostabilitet med hög likformighet över provytan. Eftersom en dos ackumuleras under veckor slår varje ojämnhet rakt igenom i resultatet: 10 procents avvikelse över ytan är 10 procents skillnad i dos vid slutet, inte brus som jämnas ut.

Båda körs doskontrollerat via UV-MAT – testet avslutas vid en uppnådd dos i kWh/m², inte efter ett antal dagar. Det är skillnaden mellan ett test som påvisar det erforderliga värdet och ett som uppskattar det: lampor åldras, och en irradians som antas vara konstant under sex veckor är det inte.

Cell- och modultillverkning. I industriell produktion sorterar blixttestare moduler i effektklasser baserat på deras prestanda mätt under simulerad bestrålning. Det som är avgörande här är framför allt tidsmässig stabilitet under den korta blixtdurationen, eftersom genomströmning och reproducerbarhet är direkt beroende av blixtens repeterbarhet.

Forskning och utveckling. Universitets- och institutslaboratorier - till exempel vid utveckling av nya absorbentmaterial - behöver spektralt flexibla simulatorer som ofta körs kontinuerligt, eftersom nya cellkoncept såsom perovskit-kisel-tandemceller måste karakteriseras under definierat, stationärt ljus för att fånga metastabila effekter. Den kritiska processparametern är den spektrala inställbarheten mot respektive subcell.

Ackrediterade kalibrerings- och certifieringslaboratorier. Tillverkaroberoende verkningsgradsverifiering kräver spårbara referensceller och en dokumenterad, spektralt upplöst karakterisering av simulatorkällan. Den kritiska processparametern är mätosäkerheten för den spektrala mismatch-faktorn, som måste anges i kalibreringscertifikatet.

Rymdfotovoltaik. För satellit- och rymdfarkostceller är referensen inte AM1.5G utan det extraterrestriska AM0-spektrumet, med en irradians på ungefär 1367 W/m² och en starkare kortvågskomponent än AM1.5G, eftersom jordens atmosfär inte längre filtrerar spektrumet. Det som är avgörande här är den spektrala matchningen i UV- och blåområdet.

Koncentratorfotovoltaik (CPV). System som optiskt koncentrerar solljus kräver simulatorer med hög irradians, från flera hundra till flera tusen "solar". Den kritiska processparametern är enhetligheten hos den starkt fokuserade ljusfläcken, eftersom inhomogeniteter vid hög koncentration ger oproportionerligt stora lokala termiska och elektriska effekter.

Materialåldring och inkapsling. Vid sidan av elektrisk prestandatestning finns accelererad åldringstestning av inkapslingsfilmer, lim, backsheet-material och antireflexbeläggningar under UV-bestrålning. Här är det inte den elektriska avkastningen utan den fotokemiska effekten som är avgörande - se den djupare bakgrunden om UV-åldring, färghärdighet och fotostabilitet för mer information.

Tandem- och multiövergångssolceller kräver flerkällsimulatorer med typiskt flera dussin oberoende styrbara spektrala kanaler. Ett system byggt vid Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE för perovskit-kisel-tandemmoduler kombinerar 28 spektralt justerbara ljuskanaler över 40 ljuskällor med totalt 18 400 lysdioder som spänner över ett våglängdsområde från 320 till 1650 nanometer, och möjliggör dessutom simulering av olika tider på dygnet och platsspektra (Fraunhofer ISE, 2023).

Bifaciala moduler kräver kontrollerad bestrålning av både fram- och baksidan, eftersom den extra baksidesavkastningen i fält beror på diffus och reflekterad strålning. Den tekniska specifikationen IEC TS 60904-1-2 beskriver metoder för att mäta karakteristiska kurvor för bifaciala celler och moduler under såväl naturlig som simulerad bestrålning.

Instabila material (perovskit). Klassiska blixtsimulatorer från kiseltillverkning kan inte utan vidare användas för perovskitbaserade celler, eftersom den korta blixtdurationen inte räcker till för att fånga denna materialklass ljusinducerade, metastabila beteende. Karakterisering under kontinuerlig belysning med stabiliserad effektmätning över en definierad period krävs - en procedur som en internationell forskningskonsortium enats om rekommenderar bland annat ljusintensiteter på 800 till 1000 W/m² med dokumenterade spektrala egenskaper hos källan (Khenkin et al., 2020).

Koncentrerad bestrålning. För CPV-system används kontinuerliga xenonsimulatorer med homogeniseringsstav och kollimationsoptik, eller pulsade högflödesuppställningar som kortvarigt genererar flera hundra solar utan att termiskt överbelasta testobjektet.

Utgångspunkten för all karakterisering av solsimulatorer är frågan om vilken mätstorhet som faktiskt är relevant för den givna tillämpningen - inte vilket instrument som råkar finnas tillgängligt. För ren intensitetsövervakning i den dagliga produktionen räcker det ofta med en bredbandig radiometrisk mätning med en kalibrerad kisel- eller termopilsensor i provplanet, förutsatt att källans spektrum är känt och stabilt. Så snart en solsimulator tas i drift för första gången, omkvalificeras efter ett lampbyte eller används för certifiering, blir en spektralt upplösande mätning nödvändig, eftersom det är enda sättet att klassificera enligt IEC 60904-9 och bestämma den spektrala missmatchningsfaktorn.

Rumsliga mätningar blir nödvändiga så snart testytan är stor i förhållande till källans likformighetszon - till exempel för hela moduler snarare än enskilda celler; standarden kräver en rastermätning vid ett minsta antal definierade positioner. Tidsupplösta mätningar är oumbärliga för pulsade källor eller källor som är beroende av en termisk uppvärmningsfas, eftersom intensiteten och ibland spektrumet kan förändras under mätfönstret.

I automatiserade produktionslinjer är solsimulatorn oftast en del av en inline-blixttestare som testar varje modul med en kort ljuspuls efter laminering och automatiskt sorterar den i effektklasser baserat på den uppmätta kurvan. Tekniskt sett är det mindre den rena nätverksanslutningen som är avgörande än behovet att övervaka källans spektrala och intensitetsrelaterade stabilitet över tusentals testcykler: lampåldring, nedsmutsning av optiska element och termisk drift förändrar gradvis den effektiva irradiansen utan att detta syns på utrustningens yttre.

Produktionsorienterade övervakningskoncept kombinerar därför en fullständig spektral referensmätning med längre intervall med en kontinuerlig, bredbandig kontrollmätning inom ett fast våglängdsområde mellan de fullständiga kalibreringscyklerna. Detta gör det möjligt att upptäcka en gradvis spektral förskjutning i ett tidigt skede, utan att behöva köra en fullständig, tidskrävande spektralmätning vid varje enskild testcykel. Genom att integrera sådana kontrollmätningar i anläggningens styrsystem blir det möjligt att automatiskt upptäcka avvikelser från ett lagrat referensspektrum innan de visar sig som felaktigt klassificerade moduler.

För var och en av dessa mätningar måste mätosäkerheten beaktas explicit: den omfattar sensorns kalibreringsosäkerhet, sensorns egen spektrala missmatchning i förhållande till referensspektrumet och - för härledda verkningsgradsvärden - osäkerheten i missmatchningsfaktorn. Metrologisk spårbarhet för den använda instrumenteringen till nationella eller internationella standarder är en förutsättning för att olika laboratorier överhuvudtaget ska kunna rapportera jämförbara värden.

Följande publikation utvecklar en metod för att precist justera spektrumet hos LED-baserade multikällsimulatorer specifikt för tandemsolceller, och är därför direkt relevant för mätteknik för perovskit-kisel-moduler:

"A precise method for the spectral adjustment of LED and multi-light source solar simulators", Chojniak, D., Schachtner, M., Reichmuth, S. K., Bett, A. J., Rauer, M., Hohl-Ebinger, J., Schmid, A., Siefer, G., Glunz, S. W., Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 32(6), 372-389, 2024, DOI: 10.1002/pip.3776.

Detta arbete undersöker systematiskt hur osäkerheten i den spektrala missanpassningsfaktorn kan beräknas från osäkerheterna i de involverade spektrumen med hjälp av Monte Carlo-metoder, vilket ger en kvantitativ grund för osäkerhetsbudgetar vid kalibrering:

"Spectral Mismatch Uncertainty Estimation in Solar Cell Calibration Using Monte Carlo Simulation", Maham, K., Kärhä, P., Ikonen, E., IEEE Journal of Photovoltaics, 13(6), 899-904, 2023, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2023.3311890.

Följande, ofta citerade grundläggande arbete var den första systematiska behandlingen av osäkerheten i den spektrala missanpassningsfaktorn under Standard Test Conditions och förblir en metodologisk referens för kalibreringslaboratorier än idag:

"Uncertainty of the spectral mismatch correction factor in STC measurements on photovoltaic devices", Hohl-Ebinger, J., Warta, W., Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 19(5), 573-579, 2011, DOI: 10.1002/pip.1059.

Detta internationellt överenskomna ståndpunktsdokument definierar mät- och rapporteringsprotokoll för stabilitetstestning av perovskitsolceller och ligger bland annat till grund för behovet av kontinuerlig, spektralt dokumenterad belysning istället för korta blixtmätningar:

"Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures", Khenkin, M. V., Katz, E. A., Abate, A. et al., Nature Energy, 5(1), 35-49, 2020, DOI: 10.1038/s41560-019-0529-5.

Fotovoltaik dyker även upp i flera aspekter i våra egna kundpublikationer - från UV-åldring av modulinkapsling, via UV-processning av cellskikt, till testning av solpaneler för rymdbruk.

Jämför fyra inkapslingsmaterial för fotovoltaiska moduler under UV-bestrålning i Atacamaöknen - ett av världens mest UV-intensiva testfält för modulåldring.
Comparing the effects of ultraviolet radiation on four different encapsulants for photovoltaic applications in the Atacama Desert
Correa-Puerta, Jonathan, et al. "Comparing the effects of ultraviolet radiation on four different encapsulants for photovoltaic applications in the Atacama Desert." Solar Energy 228 (2021): 625-635.

Undersöker hur UV-inducerad nedbrytning utvecklas vid de passiverade kontakterna på kiselheterojunktionsceller - en av de cellteknologier som denna sida uttryckligen namnger som en spektralt distinkt klass.
Passivating Contacts-Related Ultraviolet-Induced Degradation in Silicon Heterojunction Solar Cells
Xu, Binbin, et al. "Passivating Contacts-Related Ultraviolet-Induced Degradation in Silicon Heterojunction Solar Cells." Small Structures 7.6 (2026).

Använder UV-LED-bestrålning avsiktligt för skiktselektiv annealing av perovskitsolceller och bestämmer den kristallisationsenergi som krävs - ett exempel på UV som ett tillverkningsverktyg, inte bara som en testmetod.
Rapid Layer-Specific Annealing Enabled by Ultraviolet LED with Estimation of Crystallization Energy for High-Performance Perovskite Solar Cells
Ouyang, Zhongliang, et al. "Rapid Layer-Specific Annealing Enabled by Ultraviolet LED with Estimation of Crystallization Energy for High-Performance Perovskite Solar Cells." Advanced Energy Materials 10.4 (2020): 1902898.

Utvecklar en dedikerad högirradiansuppställning för precist kontrollerad, accelererad fotodegradering av organiska solceller - metodologiskt relaterad till de högflödessolsimulatorer för koncentratorfotovoltaik som beskrivs på denna sida.
Development of a High Irradiance Setup for Precisely Controlled Accelerated Photo-Degradation of Organic Solar Cells
Burlafinger, Klaus. Development of a High Irradiance Setup for Precisely Controlled Accelerated Photo-Degradation of Organic Solar Cells. Diss. Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), 2020.

Testar solpanelmaterial från ESA:s BepiColombo-uppdrag under hög intensitet och hög temperatur - ett praktiskt exempel på rymdfotovoltaik som beskrivs i denna sidas avsnitt om användningsområden.
High-intensity high-temperature testing of materials for the Bepi Colombo MPO and MTM solar arrays
Tighe, Adrian, et al. "High-intensity high-temperature testing of materials for the Bepi Colombo MPO and MTM solar arrays." CEAS Space Journal 13 (2021): 475-492.

Ytterligare arbete från relaterade ämnesområden finns sammanställt i publikationer av kunder, sorterade efter ämne.

Publikationssökaren listar alla publikationer om fotovoltaik vi känner till – sökbara efter enhet, område och nyckelord.

• IEC 60904-9:2020, Photovoltaic devices - Part 9: Solar simulator performance requirements (national: DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9); i tillägg IEC TS 60904-1-2:2024 (bifaciala moduler) och ASTM E927-19 / ASTM G173-03.
• International Energy Agency (IEA): Global Energy Review 2026 - Technology: Solar PV and wind, 2026. https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2026/technology-solar-pv-and-wind
• Khenkin, M. V.; Katz, E. A.; Abate, A. et al.: Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures, Nature Energy 5(1), 35-49, 2020. https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5
• Chojniak, D.; Schachtner, M.; Reichmuth, S. K. et al.: A precise method for the spectral adjustment of LED and multi-light source solar simulators, Progress in Photovoltaics 32(6), 372-389, 2024. https://doi.org/10.1002/pip.3776
• Hohl-Ebinger, J.; Warta, W.: Uncertainty of the spectral mismatch correction factor in STC measurements on photovoltaic devices, Progress in Photovoltaics 19(5), 573-579, 2011. https://doi.org/10.1002/pip.1059
• Maham, K.; Kärhä, P.; Ikonen, E.: Spectral Mismatch Uncertainty Estimation in Solar Cell Calibration Using Monte Carlo Simulation, IEEE Journal of Photovoltaics 13(6), 899-904, 2023. https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2023.3311890

Hur fungerar en solsimulator inom fotovoltaik?
En solsimulator återger solljusets spektrala irradians under definierade referensförhållanden (vanligtvis AM1.5G, 1000 W/m², 25 °C celltemperatur). En ljuskälla justeras via optik, filter eller - i LED-system - elektronisk kanalstyrning så att spektrum, spatial fördelning och irradiansens tidsförlopp håller sig inom de gränser som standarden anger.

Vilket våglängdsområde eller spektrum är lämpligt för fotovoltaisk testning?
AM1.5G är standarden för terrestra tillämpningar, AM0 för rymdtillämpningar. Det relevanta våglängdsområdet beror på celltypen: 400–1100 nm för klassisk kisel, 300–1200 nm för tunnfilms- och moderna kiselceller, upp till 1800 nm för III-V-flerskiktsceller.

Vilken irradians krävs för Standard Test Conditions?
Standard Test Conditions (STC) anger 1000 W/m² AM1.5G-irradians vid 25 °C celltemperatur. Dessa tre storheter - spektrum, intensitet, temperatur - måste alla uppfyllas tillsammans; om någon av de tre saknas blir mätresultatet ojämförbart med andra mätningar.

Vad är skillnaden mellan klass AAA och klass A+A+A+?
Båda betecknar den högsta, eller en utökad, klassificering enligt IEC 60904-9. Klass AAA uppfyller klass A i alla tre kriterierna (spektrum, likformighet, stabilitet). Klass A+ introducerades 2020, kräver toleranser som är dubbelt så snäva som klass A, och måste påvisas över ett utökat spektralt område på 300–1200 nm.

Varför ger en solsimulator felaktiga mätvärden trots nominellt tillräcklig lampeffekt?
Elektrisk lampeffekt och optisk irradians i provplanet är inte linjärt kopplade; åldring, filtertillstånd och temperatur förändrar den elektrooptiska verkningsgraden. Dessutom kan ett spektralt matchningsfel (spectral mismatch error) uppstå när källans spektrum och cellens responsivitet avviker från referensfallet - detta fel är oberoende av intensiteten och måste korrigeras beräkningsmässigt. Den allmänna härledningen – från elektrisk effekt via elektrooptisk verkningsgrad till mätstorheten vid verkningsstället – ges under radiometriska storheter.

Hur mäts en solsimulators spektrala irradians?
Den spektrala karakteriseringen utförs med en kalibrerad spektroradiometer i provplanet, kompletterad med en rastermätning över testytan för att bestämma den spatiala likformigheten och, för pulsade källor, en tidsupplöst mätning under blixtens varaktighet.

Vilken simulatorteknik är lämplig för tandemsolceller?
Perovskit-kisel-tandem- och flerskiktssolceller kräver LED-simulatorer med flera källor och oberoende styrbara spektrala kanaler, eftersom varje delcell måste avstämmas individuellt mot sin referens-fotoström. Klassiska system med en eller två xenonlampor kan i allmänhet inte uppfylla detta krav.

Varför räcker inte en ögonblicksbild från en flash-testare för perovskitceller?
Perovskitmaterial uppvisar ett metastabilt, ljusinducerat beteende som stabiliseras först efter flera sekunder till minuter av kontinuerlig belysning. En blixt i millisekundsområdet fångar bara ett övergående tillstånd; överenskomna testprotokoll kräver därför en tidsupplöst effektmätning under stationärt ljus.

Kontrollerad återgivning av solljus behövs inom flera områden: ljus- och displaymätning delar spektroradiometri och kalibreringskedjan, elektronik- och halvledartillverkning tillhandahåller processerna som cellerna kommer från, och fotokatalytisk vätgasproduktion arbetar med samma AM1,5-förhållanden för att göra verkningsgraderna jämförbara. Den fullständiga bilden finns i översikten UV-tillämpningar.

En nominell klassbeteckning säger lite om hur stabil och spektralt likformig en solsimulator faktiskt är under pågående drift. Alla som behöver tillförlitliga verkningsgradsvärden för celler, moduler eller nya materialklasser kan inte undvika en spektralt upplöst karakterisering i provplanet - och en spårbar kalibrering av instrumenteringen som används för detta. För spektral karakterisering av solsimulatorer och globalirradians finns SR900; för kontinuerlig övervakning av ett fast våglängdsområde mellan fullständiga kalibreringscykler en RMD Pro; och för kontrollerad UV-exponeringstestning av inkapslingsmaterial, bestrålningskammare med doskontrollerad drift via UV-MAT. Kontakta oss om ditt testbehov.