一、 引言：為何IEC 60904-1如此重要？

在光伏產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、認證和交易中，其核心性能指標——最大功率（Pmax）、開路電壓（Voc）、短路電流（Isc）和填充因子（FF）——都直接來源于I-V特性曲線。如果測量方法不統(tǒng)一，不同實驗室、不同設(shè)備測出的數(shù)據(jù)將毫無可比性，整個行業(yè)的貿(mào)易和技術(shù)交流將陷入混亂。

IEC 60904-1的核心目的就是規(guī)范測量方法，確保在任何符合標準的實驗室中，對同一塊樣品進行測試，都能得到高度一致的結(jié)果。它是IEC 61215（組件耐久性）、IEC 61646（薄膜組件）等幾乎所有其他光伏測試標準的功率測量基礎(chǔ)，堪稱“標準中的標準"。

二、 核心測試條件：標準測試條件（STC）

IEC 60904-1規(guī)定的測量必須在標準測試條件（Standard Test Conditions, STC） 下進行，這是所有數(shù)據(jù)對比的基準點。STC定義為：

· 輻照度（Irradiance）: 1000 W/m2

· 電池溫度（Cell Temperature）: 25°C

· 光譜（Spectrum）: AM 1.5G（大氣質(zhì)量為1.5的全球標準光譜）

解讀要點：

1. 電池溫度 ≠ 環(huán)境溫度： 標準明確要求是“電池結(jié)溫"為25°C。在實際測試中，組件在工作時會產(chǎn)生熱量，其溫度通常高于環(huán)境溫度。因此，測試通常需要在控溫平臺上進行，并通過溫度傳感器實時監(jiān)控和修正至25°C。

2. 光譜匹配： 模擬器光源的光譜必須與AM 1.5G標準光譜高度匹配。光譜失配是導(dǎo)致測量誤差的主要來源之一。標準中通過光譜匹配度（Spectral Match）來約束，要求在給定波段的匹配度在0.75至1.25之間。

3. 輻照度均勻性： 測試平面上的輻照度不均勻性會導(dǎo)致測量誤差，特別是對大面積組件。標準嚴格要求了輻照度的時空均勻性。

三、 關(guān)鍵設(shè)備要求與校準

1. 太陽能模擬器（Solar Simulator）

太陽能模擬器是復(fù)現(xiàn)STC中“光"的條件的關(guān)鍵設(shè)備。標準對其有三項關(guān)鍵評級：

· 光譜匹配度（Spectral Match）： 如上所述。

· 輻照度不均勻性（Non-Uniformity of Irradiance）： 在整個測試區(qū)域內(nèi)的不均勻性應(yīng)小于±2%。

· 時間不穩(wěn)定性（Temporal Instability）： 在測量期間，輻照度的波動應(yīng)小于±1%。

實驗室應(yīng)優(yōu)先選擇模擬器以確保最高測量精度。

2. 四線制（Kelvin Sensing）測量

標準強烈推薦使用四線制測量法來獲取I-V曲線。這是因為測試回路中存在導(dǎo)線電阻和接觸電阻，這些電阻在測量大電流時會產(chǎn)生顯著的壓降，導(dǎo)致功率測量值偏低。

· ** force線（Force Lines）:** 負責輸送電流，線徑較粗，用于承載大電流。

· ** sense線（Sense Lines）:** 負責測量電壓，線徑較細，直接在器件兩端探測真實電壓，規(guī)避了導(dǎo)線上的壓降。

使用四線制測量是獲得準確Voc、Pmax和FF的關(guān)鍵。

3. 溫度控制與測量

· 控溫平臺： 通常為金屬板，內(nèi)部通有冷卻液，能夠?qū)悠房焖俜€(wěn)定在25°C。平臺表面溫度均勻性至關(guān)重要。

· 溫度傳感器： 必須使用經(jīng)過校準的、高精度的傳感器（如PT100/1000）。傳感器應(yīng)緊密安裝在樣品背面，并盡可能靠近能夠代表樣品平均溫度的位置。對于組件，通常要求使用多個傳感器取平均值。

4. 參考器件（Reference Device）

由于直接測量絕對輻照度非常困難，實驗室通常使用經(jīng)過標定的參考組件/電池（Reference Cell/Module） 來設(shè)定和監(jiān)測模擬器的輻照度水平至1000 W/m2。

· 校準溯源： 參考器件必須定期送至實驗室（如NREL、ISE、ESTI等）依據(jù)更高級別的標準進行校準，確保其量值可溯源至國際標準。

· 光譜響應(yīng)匹配： 理想情況下，待測器件與參考器件的光譜響應(yīng)應(yīng)盡可能一致，以減少因模擬器光譜與AM1.5G的偏差所帶來的誤差（光譜失配誤差）。若無法一致，則需進行誤差計算和修正。

四、 測試流程與數(shù)據(jù)處理

1. 預(yù)處理（Stabilization）： 樣品需在測試前在STC附近或根據(jù)相關(guān)標準要求進行充分光照，使其性能穩(wěn)定。

2. 設(shè)置條件： 使用參考器件將模擬器輻照度調(diào)節(jié)至1000 W/m2。將控溫平臺設(shè)置并穩(wěn)定在25°C（需考慮熱耦合，實際平臺溫度可能非25℃）。

3. 測量： 在樣品溫度穩(wěn)定、輻照度穩(wěn)定后，快速進行I-V掃描。掃描速度應(yīng)足夠快，以避免器件溫度在掃描期間發(fā)生變化。

4. 溫度與輻照度修正： 測量得到的原始數(shù)據(jù)（Iraw, Vraw）如果不是在精確的25°C和1000 W/m2下獲得，需要根據(jù)標準提供的公式修正到STC下。

o 電流修正： Isc與輻照度成線性正比關(guān)系。

o 電壓修正： Voc與溫度成負相關(guān)關(guān)系（約-0.3%/°C for Si）。

5. 報告： 最終報告應(yīng)包含修正后的I-V曲線，并明確標注Voc, Isc, Pmax, Vmp, Imp, FF以及實際的測試條件（輻照度、溫度）。

五、 常見挑戰(zhàn)與最佳實踐

· 光譜失配誤差： 這是最大的誤差來源。應(yīng)對策略是使用與待測器件技術(shù)類型（如單晶硅、多晶硅、CIGS、鈣鈦礦）光譜響應(yīng)相匹配的參考器件。

· 溫度控制不準： 確保樣品與控溫平臺良好熱接觸（使用導(dǎo)熱膠），并給予足夠的穩(wěn)定時間。

· 掃描速度不當： 掃描過慢會導(dǎo)致溫度上升，掃描過快可能導(dǎo)致電容效應(yīng)影響曲線形狀。需根據(jù)器件電容和模擬器性能優(yōu)化掃描速度。

· 設(shè)備校準： 建立嚴格的定期校準計劃，包括模擬器性能校驗、電學參數(shù)校準（萬用表、電子負載）和溫度傳感器校準。

六、 總結(jié)

IEC 60904-1為光伏世界提供了一套共同的語言和標尺。深入理解其技術(shù)細節(jié)，嚴格遵循其對設(shè)備、環(huán)境和操作流程的要求，是獲得可靠、可重復(fù)、可比對的光電性能數(shù)據(jù)的途徑。隨著n型TOPCon、HJT、鈣鈦礦等新技術(shù)的涌現(xiàn)，對測試的精確性提出了更高要求，恪守IEC 60904-1的基本原則并理解其背后的物理意義，對于推動技術(shù)創(chuàng)新和保障市場公平貿(mào)易至關(guān)重要。