在航天器的漫長征程中，太陽電池是維持其運(yùn)轉(zhuǎn)的核心能源。與地面不同，太空中的太陽電池需在極端環(huán)境下高效工作數(shù)十年，這對電池性能測試提出了嚴(yán)苛要求。然而，傳統(tǒng)太陽模擬器基于地面光譜標(biāo)準(zhǔn)（AM1.5G），與太空的真實(shí)光照環(huán)境（AM0光譜）存在顯著差異，導(dǎo)致測試結(jié)果無法真實(shí)反映電池在軌性能。如何精準(zhǔn)模擬太空中的“陽光”，成為航天電源技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵難題。

AM0光譜

luminbox

AM0光譜指地球大氣層外的太陽光譜，其波長范圍覆蓋350~1800 nm，能量分布與地面AM1.5G光譜差異顯著。例如，AM0在近紅外波段的能量占比更高，而傳統(tǒng)模擬器因光源限制難以覆蓋這一范圍。對于三結(jié)砷化鎵太陽電池（由GaInP、GaAs、Ge等材料疊層構(gòu)成），每個(gè)子電池僅吸收特定波段的光，若模擬光譜失配，將導(dǎo)致各子電池電流失衡，最終影響整體效率和可靠性。因此，開發(fā)與AM0光譜高度匹配的太陽模擬器，是提升航天電源測試精度的必經(jīng)之路。

表1 太陽模擬器的等級劃分

氙燈、鹵素?zé)艄庠丛O(shè)計(jì)

luminbox

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于氙燈和鹵素?zé)艋旌瞎庠吹膭?chuàng)新設(shè)計(jì)，通過分波段獨(dú)立調(diào)控，首次實(shí)現(xiàn)了AM0光譜的精準(zhǔn)模擬。其核心思路如下：

氙燈：可見光與紫外的核心光源

氙燈光譜在350~950 nm波段與AM0高度接近，但在800~950 nm存在能量過高的峰狀譜。為此，團(tuán)隊(duì)引入動態(tài)負(fù)反饋系統(tǒng)：將晶硅太陽電池作為傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測氙燈輸出，并通過插入楔形濾光片（770~860 nm窄帶截止）抑制近紅外峰值，同時(shí)提升可見光波段（350~760 nm）的能量占比。系統(tǒng)通過PID控制電路自動調(diào)節(jié)氙燈電流，確保調(diào)整后光譜符合A級匹配標(biāo)準(zhǔn)（誤差±25%以內(nèi)）。

鹵素?zé)簦航t外的輔助光源

氙燈在1000~1800 nm波段的能量嚴(yán)重不足，而鹵素?zé)羟∧芴钛a(bǔ)這一缺口。通過集成吸收型濾光片（截止波長1000 nm以下），鹵素?zé)魞H輸出近紅外能量，并通過恒壓控制系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)節(jié)強(qiáng)度。由于鹵素?zé)魧﹄療舴答佅到y(tǒng)干擾極小，第三波段（950~1800 nm）可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立調(diào)控，最終使混合光源覆蓋AM0全光譜范圍。

鹵素?zé)?a target="_blank">控制系統(tǒng)圖

誤差小于0.5%：光譜調(diào)控的實(shí)測驗(yàn)證

光源系統(tǒng)的光譜圖

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，團(tuán)隊(duì)對三結(jié)砷化鎵電池的三個(gè)子電池進(jìn)行標(biāo)定測試。初始未調(diào)節(jié)時(shí)，中電池和底電池的短路電流分別偏高4.1%和4.6%。通過調(diào)整濾光片插入比例（削弱第二波段）和鹵素?zé)綦娏鳎ń档偷谌ǘ危?，最終使三個(gè)子電池的測試值與標(biāo)定值誤差均小于0.5%，完全滿足A級光譜匹配要求。

表2 本文設(shè)計(jì)光源系統(tǒng)的光譜測試結(jié)果評級

意義與展望：為航天器注入“真實(shí)陽光”

luminbox

該設(shè)計(jì)首次實(shí)現(xiàn)了AM0光譜下三波段的獨(dú)立可調(diào)，解決了傳統(tǒng)模擬器光譜范圍窄、能量分布失真的問題。其優(yōu)勢在于：

高精度：光譜匹配誤差控制在±25%以內(nèi)，達(dá)到國際A級標(biāo)準(zhǔn)；

低成本：混合光源方案避免使用昂貴激光或特殊燈源，結(jié)構(gòu)簡單易推廣；

靈活性：三波段獨(dú)立調(diào)節(jié)功能可適配不同材料組合的多結(jié)太陽電池測試需求。

未來，隨著深空探測任務(wù)的擴(kuò)展，對高效太陽電池的需求將愈加迫切。這項(xiàng)技術(shù)不僅為航天器電源系統(tǒng)的可靠性保駕護(hù)航，也為新型太陽電池的研發(fā)提供了精準(zhǔn)測試平臺。

Luminbox 全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器

luminbox

Luminbox 全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器為跨行業(yè)材料提供高精度老化測試與性能驗(yàn)證，能精準(zhǔn)模擬自然光環(huán)境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調(diào)控。

1.全光譜覆蓋：350nm-1100nm 光譜，貼近自然光權(quán)重

2.高動態(tài)亮度：2 米處 20,000-150,000Lux，滿足 HUD 亮度響應(yīng)測試

3.強(qiáng)光抗擾驗(yàn)證：直射模擬復(fù)現(xiàn)圖像模糊/ 重影問題場景

4.多場景適應(yīng)：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態(tài)切換測試

Luminbox全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器系統(tǒng)可集成于模擬近地軌道及深空環(huán)境的多功能實(shí)驗(yàn)艙，為航天裝備測試提供精準(zhǔn)光輻照條件。

本文研究原文出處：《基于 AM0 太陽模擬器 3 波段光譜獨(dú)立可調(diào)的設(shè)計(jì)》