钙钛矿电池在太空光伏环境下抗辐射性能的光模拟研究-电子发烧友网

随着空间探测任务的深入发展，光伏电池作为航天器的主要能源来源，其性能和稳定性成为关键研究课题。钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其轻质、柔性、高效率和低成本等优势，展现出在太空光伏领域的巨大潜力。在研究PSCs在太空环境中的表现时，紫创测控luminbox太阳光模拟器作为地面模拟太阳光谱与光强的关键设备，能够结合辐射源开展辐照前后性能对比实验，为准确评估器件在太空环境中的光电响应与退化机制提供重要支撑。

太空环境与辐射类型

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太空中的辐射主要来源于太阳风、地球辐射带和宇宙射线，包括质子、电子、γ射线和中子等。这些高能粒子会对材料的晶格结构造成位移损伤，进而影响太空光伏器件的光电转换效率。以低地球轨道为例，卫星每年接受的辐射剂量可达数千戈瑞，因此对材料的稳定性具有极高要求。

光模拟下 PSCs 的抗辐射性能表征

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1.质子与电子辐射耐受性

在太阳光模拟器提供的AM0 光照条件下，甲胺铅碘（MAPbI₃）基 PSCs 经68 MeV 质子辐照，剂量达10¹³ particles/cm² 时，短路电流密度仅下降 20%。辐照结束后，器件通过H⁺离子钝化缺陷实现自修复，性能甚至优于未辐照样品。三阳离子混合卤化物PSCs 表现更优，20 MeV 与 68 MeV质子辐照下，质子诱导量子效率仅下降7%，远优于碳化硅二极管的 50%-75% 衰减。

电子辐射测试中，1 MeV能量电子辐照剂量达10¹⁶ particles/cm² 时，PSCs 在太阳光模拟器持续光照下仍保留约90% 的功率转换效率，而硅基电池同期衰减达40%。研究表明，PSCs 的高抗辐射性源于其独特的晶体结构与离子迁移特性，在光模拟环境中可有效抑制辐射诱导的缺陷增加。

2. γ射线与中子辐照

研究样品（参考装置）和辐照后太阳能电池的I-V 曲线对比图

γ射线因其高穿透性难以屏蔽，对光伏器件构成长期威胁。实验对Cs基PSCs进行γ射线辐照实验，累计剂量高达23,000 Gy，器件仍保持96%以上的初始效率。研究中使用γ射线源对器件进行辐照处理，并在辐照前后借助太阳光模拟器对其光电性能进行系统表征，以评估γ射线对PSCs性能的影响。

中子辐照方面，实验对MAPbI₃基PSCs进行快中子辐照实验，发现其在模拟80年太空暴露剂量下仍保持良好性能。在不同辐照剂量阶段，研究人员将器件转移至太阳光模拟器下进行间歇性J-V曲线测试，从而获取辐照过程中器件性能的动态演变规律。

太阳光模拟器在PSCs测试中的作用

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在钙钛矿太阳能电池的太空适应性研究中，太阳光模拟器扮演着不可或缺的角色。其作用主要体现在以下几个方面：

标准性能评估：在辐照前后，使用太阳光模拟器提供标准AM 0或AM 1.5光谱，定量分析器件的PCE、Jsc、Voc和FF变化；

辐照与光照协同实验：模拟真实太空环境中光与辐射同时存在的条件，研究光诱导退化与辐射损伤的耦合效应；

多场景模拟：通过调节太阳光模拟器的光强和光谱，模拟不同行星轨道的光照条件，如火星、木星等低光低温环境。

综上，钙钛矿太阳能电池在质子、电子、γ射线和中子等多种辐射环境下均表现出优异的耐受性，部分体系甚至具备自修复能力，展现出其在太空光伏应用中的巨大潜力。太阳光模拟器作为关键测试工具，可为评估钙钛矿太阳能电池在模拟太空环境中的光电行为和辐射损伤提供技术支持。

Luminbox3A AAA 级太阳光模拟器

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紫创测控Luminbox 3A AAA 太阳光模拟器采用先进光束准直技术与高均匀光斑设计，辐照输出稳定，可为太空光伏电池提供高效可靠的光照测试解决方案。