在航天器的漫長征程中，太陽電池是維持其運轉的核心能源。與地面不同，太空中的太陽電池需在極端環境下高效工作數十年，這對電池性能測試提出了嚴苛要求。然而，傳統太陽模擬器基于地面光譜標準（AM1.5G），與太空的真實光照環境（AM0光譜）存在顯著差異，導致測試結果無法真實反映電池在軌性能。如何精準模擬太空中的“陽光”，成為航天電源技術發展的關鍵難題。

AM0光譜

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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，而傳統模擬器因光源限制難以覆蓋這一范圍。對于三結砷化鎵太陽電池（由GaInP、GaAs、Ge等材料疊層構成），每個子電池僅吸收特定波段的光，若模擬光譜失配，將導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之路。

表1 太陽模擬器的等級劃分

氙燈、鹵素燈光源設計

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研究團隊提出了一種基于氙燈和鹵素燈混合光源的創新設計，通過分波段獨立調控，首次實現了AM0光譜的精準模擬。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，團隊引入動態負反饋系統：將晶硅太陽電池作為傳感器，實時監測氙燈輸出，并通過插入楔形濾光片（770~860 nm窄帶截止）抑制近紅外峰值，同時提升可見光波段（350~760 nm）的能量占比。系統通過PID控制電路自動調節氙燈電流，確保調整后光譜符合A級匹配標準（誤差±25%以內）。

鹵素燈：近紅外的輔助光源

氙燈在1000~1800 nm波段的能量嚴重不足，而鹵素燈恰能填補這一缺口。通過集成吸收型濾光片（截止波長1000 nm以下），鹵素燈僅輸出近紅外能量，并通過恒壓控制系統獨立調節強度。由于鹵素燈對氙燈反饋系統干擾極小，第三波段（950~1800 nm）可實現獨立調控，最終使混合光源覆蓋AM0全光譜范圍。

鹵素燈控制系統圖

誤差小于0.5%：光譜調控的實測驗證

光源系統的光譜圖

為驗證設計效果，團隊對三結砷化鎵電池的三個子電池進行標定測試。初始未調節時，中電池和底電池的短路電流分別偏高4.1%和4.6%。通過調整濾光片插入比例（削弱第二波段）和鹵素燈電流（降低第三波段），最終使三個子電池的測試值與標定值誤差均小于0.5%，完全滿足A級光譜匹配要求。

表2 本文設計光源系統的光譜測試結果評級

意義與展望：為航天器注入“真實陽光”

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該設計首次實現了AM0光譜下三波段的獨立可調，解決了傳統模擬器光譜范圍窄、能量分布失真的問題。其優勢在于：

高精度：光譜匹配誤差控制在±25%以內，達到國際A級標準；

低成本：混合光源方案避免使用昂貴激光或特殊燈源，結構簡單易推廣；

靈活性：三波段獨立調節功能可適配不同材料組合的多結太陽電池測試需求。

未來，隨著深空探測任務的擴展，對高效太陽電池的需求將愈加迫切。這項技術不僅為航天器電源系統的可靠性保駕護航，也為新型太陽電池的研發提供了精準測試平臺。

Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器

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Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器為跨行業材料提供高精度老化測試與性能驗證，能精準模擬自然光環境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調控。

1.全光譜覆蓋：350nm-1100nm 光譜，貼近自然光權重

2.高動態亮度：2 米處 20,000-150,000Lux，滿足 HUD 亮度響應測試

3.強光抗擾驗證：直射模擬復現圖像模糊/ 重影問題場景

4.多場景適應：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態切換測試

Luminbox全光譜準直型太陽光模擬器系統可集成于模擬近地軌道及深空環境的多功能實驗艙，為航天裝備測試提供精準光輻照條件。

本文研究原文出處：《基于 AM0 太陽模擬器 3 波段光譜獨立可調的設計》