创见|实干|卓越
与光同程,做民族仪器企业

辐照光源Irradiation light source

2023-05-26480

获得AM 1.5G光谱的方法

原创不易,若转载此文章,请联系工作人员并在转载文章中备注信息来源,否则按侵权处理!

相信你在不少文献中都见到过“Xenon lamp source with AM 1.5 G filter”这样的描述,即氙灯光源搭配AM 1.5 G滤光片进行使用,那你知道AM 1.5 G究竟是什么意思吗?如何获取AM1.5G太阳光谱呢?

Microsolar 300氙灯光源和PLS-SXE 300D氙灯光源搭配AM1.png

图1. Microsolar 300氙灯光源[1]和PLS-SXE 300D氙灯光源[2]搭配AM 1.5G滤光片使用案例

太阳光穿越太空、地球大气层到达地球表面的过程中,辐照度会不断减小。人们为了量化太阳辐射的衰减程度,常采用“大气质量”(Air Mass,简写成AM)来进行标记[3]。 

设定太阳光入射光线与地面法线之间的夹角为θ,则AM与的关系可表示为:AM=1/cosθ,如图2所示。

图1. AM 0、AM 1.5示意图和AM 0、AM 1.5G光谱图.jpg

图2. AM 0、AM 1.5示意图和AM 0、AM 1.5G光谱图

θ=48.2°时,记作AM 1.5,即典型晴天时太阳光照射到一般地面的情况,更接近人类生活的实际状况,其辐照度为1000 W/m2,也可记作100 mW/cm2。 

AM 1.5G是指地球表面的标准光谱,其中G是Global的缩写,为了便于对在不同时间和地点测量的太阳能转换效率进行比较,将AM 1.5G定义为太阳能转换系统标准测试的参考光谱[4],并规定标准的AM 1.5G辐照度为100 mW/cm2。 

在光化学实验中,为了获取AM 1.5G标准太阳光谱,常用氙灯光源搭配AM 1.5G滤光片作为太阳光的模拟光源。 

氙灯光源是利用高压或超高压氙气的放电而发光的光源,其发出的光为连续光谱,从200~2000 nm都有能量分布,且氙灯的能量分布特性与太阳光谱的能量分布特性极为相似。 

但氙灯光源在红外区与太阳光谱存在较大偏差,所以为了获得AM 1.5G标准太阳光谱,氙灯光源需配合太阳光谱校正型滤光片使用,太阳光谱校正型滤光片由AM 1.5G滤光片与全反射滤光片组成。

61eccb4bc9eb0.jpg

图3. 氙灯光源光路示意图(左)、Microsolar 300氙灯光源配合AM 1.5G滤光片光谱图和AM 1.5G标准太阳光谱(右)

反射片,也叫全反射片,即可将氙灯发射出的光作为入射光,全部反射出去,工作波段在200~1200 nm,光学特性:R>80%@200-300nm,R>85%@300-650nm,R>90%@950-1200nm,R>75%@谱段*低点800nm(±25nm)。AM 1.5G滤光片与全反片组合用于反射氙灯光源形成AM 1.5G光谱。

以上部分是笔者根据参考文献进行翻译和汇总,笔者水平有限,如有错误,请大家指正!

参考文献

[1] Li Yinyin, Wu Qiannan, Xie Tengfeng*, et. al. Interface engineering Z-scheme Ti-Fe2O3/In2O3 photoanode for highly efficient photoelectrochemical water splitting[J], Applied Catalysis B: Environmental, 2021, 290, 120058. 

[2] Ning Xingming, Du Peiyao*, Lu Xiaoquan*, et. al. Plasmon-enhanced charge separation and surface reactions based on ag-loaded transition-metal hydroxide for photoelectrochemical water oxidation[J], Advanced. Energy Materials. 2021, 2100405. 

[3] 李灿 太阳能转化科学与技术[M]. 北京,北京科学出版社,2020: 148. 

[4] ASTM G173 - 03(2012) Standard Tables for Reference Solar Spectral Irradiances: Direct Normal and Hemispherical on 37° Tilted Surface.