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低照度光伏测试最近讨论度越来越高，但很多人的测试方法一直有问题：直接把模拟器的光强调低就开测。前几天有个做室内光伏组件的朋友跟我聊，说他们用同一批钙钛矿样品，实验室A测出的弱光效率是 28%，实验室B 复测只有 23%，两边争执不下。细问之后发现，问题不在样品，而在“低照度”这三个字到底是怎么实现的。

如果你正在做室内光伏、弱光环境发电性能评估，或者研究 HJT、钙钛矿等电池在低辐照度下的表现，这篇文章值得读完。我要给的判断很明确：低照度光伏测试不能通过单纯调低光照来实现，原因是光谱会漂移，而光谱漂移会让实验数据失去对比基础。真正可靠的方案是使用光谱可调、全程稳定输出的专业 LED 太阳光模拟器。

文章会依次讲清楚四件事：为什么调低光强不行、低照度测试对光谱到底有什么要求、LED 模拟器是怎么解决这个问题的、以及你在实际测试中该怎么配置、验证和排查。

1. 低照度光伏测试为什么不能直接调低光源亮度

先看一个最直观的现象。实验室里常用的太阳光模拟器，如果直接用控制旋钮把辐照度从 1000W/m² 降到 100W/m²，测出来的电池效率往往和理论预期对不上，尤其是弱光下效率本该相对提升的电池，反而可能出现异常衰减。

问题出在哪里？我先说结论：辐照度降下来了，但光谱形状也变了。

太阳光模拟器的核心指标之一，是它的光谱与标准太阳光谱 AM1.5G 的匹配程度。很多模拟器在设计时，为了让输出光谱在标准辐照度下达标，所有光学元件的色温、滤光片组合、光路设计都是围绕额定功率工作的。一旦你大幅降低灯管功率来压低辐照度，色温会变化，光谱峰值会发生偏移，最终到达样品表面的光，已经不是标准太阳光谱的样子了。

这时候样品接受到的光谱，可能红外波段偏强、紫外波段偏弱，整体形状和 AM1.5G 相去甚远。而光伏电池对不同波段的响应完全不同——晶体硅电池对近红外波段仍有响应，钙钛矿电池在可见光波段响应高，有机光伏对特定波长更敏感。你拿着一个畸变的光谱去测试，测出来的短路电流、最大功率点、效率统统会偏离真实弱光表现。

另外一个隐藏问题是：不同实验室的模拟器在低功率下的光谱漂移方向和程度不一样。这直接导致了开头提到的 28% 和 23% 的差异。数据对不上，不是样品批次问题，而是测量基准不一致。

2. 低照度测试到底在测什么，标准是什么

要理解“不能单纯调低光照”这条判断，先得把低照度光伏测试的几个基础概念对齐。

2.1 低照度场景的定义

光伏领域的“低照度”并没有一个绝对统一的数值边界，但行业内通常认为：

• 低于 200W/m² 就属于低辐照度范围；
• 室内光伏通常在 10~50W/m²，甚至更低到 1W/m²；
• 一些特殊应用，比如物联网传感器供电、穿戴设备、户外阴天环境，也可能落到 50~300W/m²。

低照度测试的意义，在于评估电池在非标准条件下的实际发电能力。比如室内光伏产品，永远不可能等到 1000W/m² 的阳光，它在日光灯、LED 灯、阴天漫射光下能不能工作、能输出多少功率，才是产品设计的真实依据。

2.2 核心参考谱：AM1.5G

在光伏测试中，全球公认的标准光谱是 AM1.5G，它代表了太阳光穿过 1.5 倍大气质量后到达地面的典型光谱分布，对应的总辐照度是 1000W/m²。国外标准组织把这套光谱作为光伏器件标定的基准。一台合格的太阳光模拟器，要求的就是在样品面上输出尽量接近 AM1.5G 的光谱。

低照度测试并不是用另一套光谱来测，而是要把 AM1.5G 的“形状”保存下来，只是整体强度成比例降低。换句话说，标准的低照度光环境应当是：

AM1.5G 光谱形状（不变） × 目标辐照度（降低）

2.3 光谱匹配等级：A 级不是唯一标准

根据 IEC 60904-9 标准，太阳光模拟器按照光谱匹配度、辐照度均匀性和时间不稳定性三个维度分级，每个维度分为 A、B、C 等级。其中光谱匹配度按波段划分，每个波段的相对积分比例的偏差决定等级。

问题恰恰在于：很多模拟器在 1000W/m² 额定工况下是 A 级光谱匹配，但当你调低灯功率后，光谱匹配等级会掉到 B 甚至 C。你以为是 A 级条件下测的，实际已经在 C 级环境里测了，实验数据当然不可靠。

这就是为什么低照度测试要特别强调“全程稳定光谱”——不只是一个初始状态达标，而是在整个辐照度调节范围内、整个测试周期内，光谱都要维持同一水平。

2.4 低照度下电池参数的变化规律

在真正可控的低照度光环境下，光伏电池的几个关键参数会有明确的变化规律：

• 短路电流 Isc：与辐照度近似成正比。100W/m² 下的 Isc 大约应该是 1000W/m² 下的十分之一。
• 开路电压 Voc：随辐照度按对数关系缓慢下降。辐照度降十倍，Voc 通常只下降几十毫伏到一百毫伏左右。
• 最大功率 Pmax：整体下降，但下降速度低于辐照度下降速度，所以弱光下相对效率往往更高。
• 填充因子 FF：在适中低照度下可能升高，但极低照度下受并联电阻和分流路径影响可能下降。

这些规律是验证低照度测试系统是否正常的“物理标尺”。如果你的实验测出的 Isc 不再与辐照度成正比，或 Voc 变化幅度异常，第一反应不应是“样品有问题”，而应该先检查模拟器的光谱是否在低照度下发生了严重漂移。

3. 传统模拟器在低照度下的几个典型局限

很多人对低照度测试的误解，来自于把“太阳光模拟器”当成一个只会输出定标光强的仪器。实际上，传统连续光模拟器在低照度下有几个结构性问题。

3.1 氙灯调功率导致光谱漂移

氙灯模拟器是最常见的传统方案。氙灯的发光原理决定了它的光谱受灯管工作电流、温度、老化状态影响很大。当你通过降低电流来降低总辐照度时，灯管的色温和光谱分布会明显变化。典型表现是：

• 可见光波段比例下降；
• 红外波段相对增强；
• 光谱匹配度从标准工况下的 A 级掉到 B 级或更差。

你可以自己做一个验证实验：在模拟器 1000W/m² 下用光谱仪记录光谱，再调到 200W/m² 记录一次，对比两个波段的积分比例，差异通常会超出标准允差。这已经不是测试技巧问题，而是硬件原理决定了它做不到。

3.2 中性滤光片方案并非完美

另一种常见做法是在光路中插入中性密度滤光片，把光强均匀衰减。中性滤光片的优点是不改变光谱形状，听起来方案可行，但在实际使用中仍然有问题：

• 低透射率滤光片在长时间高功率光源照射下可能发热，热漂移影响透过率稳定性；
• 多层滤光片叠加时，边缘均匀性变差；
• 滤光片的衰减倍数和模拟器辐照度调节存在精度匹配问题，难以任意设定目标辐照度；
• 每次更换滤光片后都需要重新校准，测试流程繁琐。

简单说，滤光片方案能解决一部分“光谱不变”的问题，但牺牲了测试效率、灵活性和长期稳定性。

3.3 单通道 LED 模拟器的局限

近年很多实验室开始用 LED 太阳光模拟器替代氙灯。LED 的优势是寿命长、开关快、发热低、光谱可设计。但如果你买到的 LED 模拟器是单通道控制——也就是所有 LED 灯珠绑在一起统一调流——那本质上和氙灯调功率没有区别，因为不同波段的 LED 在不同电流下的输出比例仍然会变化。

真正适合低照度测试的 LED 模拟器，必须是多通道独立控制的。

4. 专业 LED 模拟器的核心设计：光谱可调才能真正控照度

那么，专业 LED 太阳光模拟器到底是怎么解决低照度问题的？核心在于它的设计逻辑：不要通过降低灯功率来降低辐照度，而是通过保持各波段功率比例不变、同步成比例衰减来实现低照度输出。

4.1 多光谱通道独立调节

专业 LED 模拟器通常包含多个不同峰值波长的 LED 通道，常见覆盖范围从紫外 350nm 左右一直延伸到近红外 1100nm 左右，并配有对应的光谱整形和反馈系统。每个通道的电流可以独立控制。

当你要从 1000W/m² 降到 100W/m² 时，控制逻辑不是把总电流降低到十分之一，而是把每个通道的电流按照同一个比例系数衰减。这样，各波段的光子通量都变成原来的十分之一，光谱形状保持不变。

这个过程的本质是：

目标光谱 = 标准 AM1.5G 光谱 × 衰减系数

而不是：

目标光谱 = 近似AM1.5G的光源 × 混沌不可控的功率调节

4.2 闭环反馈保证全程光谱稳定

只看“多通道独立调节”还不够，因为 LED 本身也有热漂移和老化问题。同一颗 LED，点亮 10 分钟后和刚点亮时的光功率会有差异；工作几个月后衰减程度各波段也不同。

专业 LED 模拟器会配备光谱反馈系统，实时监测各波段的光强，并把信号返回给控制电路，动态修正 LED 电流，确保在整个测试周期内光谱形状稳定。这就是“全程稳定光谱”的真正含义。

这也是低照度测试最容易踩坑的地方：有些模拟器开机能达标准光谱，但测 20 分钟之后光谱漂了，而你还在用初始标定的数据做计算。带反馈闭环的系统可以把这个误差压到很小。

4.3 辐照度调节范围与均匀性

低照度模拟器对辐照度下限有明确要求。一般实验室常用的太阳光模拟器，辐照度下限可能只到 300W/m²；适合低照度测试的 LED 模拟器，应该能稳定输出到 50W/m² 甚至 1W/m²，并且在低辐照度下仍然保持良好的空间均匀性。

均匀性同样值得关注。低照度下样品电流本身就小，如果光斑不均匀，边缘和中心的电流差异会直接影响 I-V 曲线形状，导致填充因子计算失真。

4.4 与传统方案的核心差异总结

5. 低照度光伏测试实验配置与参数设置实例

理解了原理之后，落到实际操作层面。下面给出一套典型的低照度光伏测试配置方式，适用于多通道 LED 太阳光模拟器加 I-V 测试系统的组合。

5.1 实验环境准备

低照度测试对暗室条件和杂散光非常敏感。建议在暗室中进行，或者至少在模拟器周围加遮光罩，避免环境灯光干扰低辐照度下的测量。环境温度控制在 25℃ ± 1℃，因为低照度下电池的 Voc 温度系数影响更明显。

样品台需要固定可靠，避免振动。如果是小面积电池片，建议使用带恒温功能的真空吸附样品台。

5.2 模拟器光谱与辐照度参数设定参考

以一台具备多通道独立控制的 LED 太阳光模拟器为例，测试前的参数配置如下：

模拟器类型：LED 多光谱通道太阳光模拟器 光谱匹配目标：AM1.5G 辐照度设定数组：1000 / 600 / 300 / 100 / 50 W/m² 光谱匹配等级要求：各辐照度下均不低于 A 级（IEC 60904-9） 辐照度均匀性要求：±2% 以内（测试面区域） 时间不稳定性要求：A 级 预热时间：LED 开启后稳定 10 分钟，待光谱反馈系统完成校准 温度：25℃ ± 1℃

5.3 LED 通道衰减逻辑说明

假设模拟器的每个通道在 1000W/m² 设定下有一个基准电流数组，低照度测试时按下述方式计算各通道目标值：

目标辐照度比例 r = 目标辐照度 / 1000W/m² 通道 i 的目标电流 = 通道 i 的基准电流 × r × 修正系数 i

其中修正系数来自反馈系统的实时校准，作用是补偿 LED 热漂移和老化造成的波段输出偏差。这个修正系数在每次测试开始前由仪器自动完成，无需人工手动计算。

简化之后，你可以理解成：模拟器软件界面里有一个“目标辐照度”输入框，输入 100，设备会自动完成所有通道的成比例衰减和反馈校准。

5.4 I-V 测试参数配置

对于低照度下的 I-V 曲线测试，测试设备也需要调整参数。低照度下电池输出电流小，量程选择要匹配。比如一块 1cm² 的钙钛矿电池，在 50W/m² 下短路电流可能只有几个毫安，如果测试设备还在用 5A 量程，测量误差会非常大。

电压扫描范围：0 V 至 1.2 × Voc（根据样品类型调整） 扫描方向：开路 → 短路（推荐，减少迟滞影响） 扫描速度：建议 50~100 mV/s，低照度下不宜过快 电流量程：根据目标辐照度下的估算 Isc 选择 延迟时间：每个测试点稳定 10 ms 以上 4 线测量：必须开启，消除线缆电阻影响

5.5 低照度扫描顺序设计

一个常见的错误是把样品先在 1000W/m² 下连续测多次，再切换到低照度测。这样样品温度可能已经升高，而低照度测试的温漂会影响数据。

推荐的顺序是：

1. 先在 50W/m² 或 100W/m² 低照度下测试；
2. 再从低到高依次测量各辐照度档位；
3. 每次切换辐照度后，等待 1~2 分钟让样品温度稳定；
4. 每个档位采集 3 条 I-V 曲线，确认重复性后再切到下一档。

6. 完整测试流程与数据验证方法

低照度光伏测试最大的问题是“你不知道测得对不对”，所以验证工作比测试本身更重要。下面给出一套可以直接套用的验证流程。

6.1 模拟器标定与光谱记录

测试开始前，使用标准电池或参考电池对模拟器进行辐照度定标。定标时建议同时用光谱仪记录当前光谱，并保存光谱文件。

关键操作：

• 在 1000W/m² 下记录光谱文件；
• 在 300W/m² 下记录光谱文件；
• 在 100W/m² 下记录光谱文件；
• 在 50W/m² 下记录光谱文件。

后续数据分析时，可以随时回看每个辐照度档位对应的实际光谱。这是判断实验数据是否有效的第一道证据。

6.2 样品状态确认

每次测试前，确认样品已充分暗适应。对于钙钛矿电池，要注意迟滞效应的影响，在低照度下先做一次预备扫描，再开始正式测量。

对于需要变温测量的场景，要在样品背面贴装温度传感器，实时记录测试过程中的样品温度变化。

6.3 数据一致性判定

按照第 2 节提到的物理规律，你可以用下面的检查表来判定数据是否可信：

在透明电极接触较差的样品上，低照度下并联电阻带来的分流影响会更明显，表现为 Voc 下降过快、FF 偏低。这时要区分是样品问题还是测试系统问题，方法是用同一台模拟器和同一套流程测试标准硅参考电池，如果参考电池数据正常，问题大概率在样品本体。

6.4 模拟器光谱校验实例

如果你有手持式光谱仪或辐照度计，可以在低照度档位下独立校验模拟器输出。最简单的方式是测试标准电池的 Isc 响应，并与模拟器软件显示的辐照度换算值对比。

参考辐照度换算验证公式： 参考电池短路电流 Isc_ref × 参考电池标定系数 K = 当前辐照度

当换算结果与模拟器设置的辐照度偏差超过 5% 时，需要重新校准或检查光路。

7. 常见问题与排查思路

低照度测试的常见问题主要集中在模拟器设置、测量设备量程和环境干扰三个方面。下面整理了一张排查表，按出现概率排序。

8. 低照度测试最佳实践与工程建议

低照度光伏测试是一个系统工程，模拟器只是其中一个环节。要得到稳定可靠的数据，建议从设备选型、实验设计和数据管理三个层面做好规范。

8.1 设备选型建议

选择低照度测试用的太阳光模拟器，核心指标不能只看 1000W/m² 下的性能，要重点确认三件事：

第一，低照度范围内光谱匹配等级是否仍然达标。建议选择在全辐照度区间都保持 A 级光谱匹配的多通道 LED 模拟器，而不是只在 1000W/m² 下单点达标的设备。

第二，辐照度控制是开环还是闭环。开环控制的 LED 模拟器在短时间测试内可能够用，但长时间测试和跨批次测试稳定性不足。优先选择带光谱反馈闭环的系统。

第三，是否支持任意辐照度点持续可调。有些模拟器只能设定几个固定档位，这对研究效率-辐照度关系曲线非常不方便。连续可调能让实验设计更灵活。

8.2 实验设计建议

建议做低照度测试时，一次性把辐照度扫描范围设计完整，覆盖产品实际使用场景。标准条件 1000W/m² 和室内弱光范围 10~300W/m² 都应该包含在同一组实验中。这样既能和标准数据对标，又能拿到完整的效率曲线。

每个辐照度档位至少测 3 条 I-V 曲线，取平均值作为最终数据。同时要记录每个档位下的实际光谱文件、样品温度、测试时间，方便后续数据追溯。

测试报告里要明确写出以下内容：

模拟器型号与厂家 光谱匹配等级（每个辐照度档位） 辐照度校准日期与方法 参考电池编号与最近标定日期 样品类型、面积、测试温度 各辐照度档位下的光谱文件编号 I-V 扫描方向与扫描速度 重复性数据

8.3 异常数据处理原则

低照度测试中出现离群数据是正常的，不要直接删除，要记录处理方式。建议遵循以下原则：

• 单点异常且能明确归因于外部因素（如夹具松动、误触碰）的，可以剔除并注明；
• 重复性大于 3% 的数据不参与效率计算，需要排查原因后重新测试；
• 所有测试原始数据保留备份，处理后的数据单独存放，避免覆盖。

8.4 长期稳定性管理

LED 模拟器长期使用后同样存在老化问题。建议每季度用光谱仪全面校验一次光谱匹配度，每半年对标准电池做一次交叉校准。如果发现某个波段的 LED 输出明显衰减，及时联系设备商更换模块，避免“校准一次用三年”的隐患。

9. 总结

低照度光伏测试的关键不是“把光调暗”，而是“把标准光谱按比例降低后保持稳定”。传统氙灯调功率会让光谱漂移，中性滤光片方案不够灵活，单通道 LED 也有先天限制。专业多通道 LED 太阳光模拟器通过各波段独立控制和闭环反馈，能够在低辐照度下维持 AM1.5G 光谱形状，才是这类测试的可靠基础。

在实际项目中，建议把光谱记录、辐照度校准、样品温度监控、重复性验证全部纳入测试规范，形成一套可追溯的低照度测试流程。这样无论是做钙钛矿室内光伏、硅基弱光应用，还是不同技术路线的低照度对比研究，数据都能经得起复测和质疑。

下一步你可以做两件事：一是用标准电池在自己现有的模拟器上跑一遍 1000/300/100/50W/m² 的光谱记录，看看低照度下光谱到底漂了多少；二是把本文的验证流程整理成实验室操作规范，在下一次测试中直接执行。这两步做完，你对低照度测试的认识会比大多数只看 1000W/m² 数据的人深入不少。建议收藏备用，后续做弱光测试设计时可以直接对照查阅。