IEC TS 62607-7-22023 纳米制造.关键控制特性.第7-2部分纳米光伏.室内照明设备评估方法标准立项发展报告

纳米制造关键控制特性第7-2部分：纳米光伏室内照明设备评估方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Nanomanufacturing-KeyControlCharacteristics-Part7-2:Nano-enabledPhotovoltaics-DeviceEvaluationMethodforIndoorLight摘要随着物联网（IoT）、智能家居及可穿戴电子设备的迅猛发展，室内弱光环境下的能量采集技术已成为全球新能源领域的研究热点。纳米光伏器件凭借其在低照度条件下优异的弱光响应特性，被认为是解决室内分布式传感器节点供电问题的关键技术路径之一。然而，长期以来，国际上缺乏统一的室内光照条件下光伏器件性能评估方法，导致不同研究机构和企业所报告的数据缺乏可比性，严重制约了该领域的技术交流与产业推进。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2023年7月正式发布IECTS62607-7-2:2023《纳米制造——关键控制特性——第7-2部分：纳米光伏——室内照明设备评估方法》。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、主要参编单位及预期影响进行系统梳理与分析。报告指出，该标准首次以技术规范形式确立了室内光源光谱匹配、照度水平设置、测试条件控制及性能参数提取的标准化框架，填补了纳米光伏器件室内光评估领域的国际标准空白，对于推动纳米光伏技术从实验室研究走向实际场景应用具有重要意义，同时为后续相关国际标准的制定提供了基础框架和方法论参照。关键词：纳米制造；纳米光伏；室内照明；器件评估；国际电工委员会；标准化；弱光性能测试；技术规范Keywords:Nanomanufacturing;Nano-enabledPhotovoltaics;IndoorLight;DeviceEvaluation;IEC;Standardization;Low-lightPerformanceTesting;TechnicalSpecification1引言1.1研究背景在“双碳”战略与数字化转型的双重驱动下，以物联网感知节点、智能传感器、电子标签为代表的海量低功耗电子设备正在加速部署。据统计，全球物联网连接设备数量已突破150亿，预计到2030年将超过290亿。这些设备中相当一部分部署于室内环境，其供电问题成为制约规模化应用的关键瓶颈之一。传统电池供电方案面临更换成本高、环境污染大、难以维护等固有缺陷，而环境能量采集（EnergyHarvesting）技术，尤其是室内光伏技术，为这一难题提供了极具前景的解决路径。室内光伏技术经历了从非晶硅薄膜电池到染料敏化太阳能电池（DSSC）、钙钛矿太阳能电池、有机光伏（OPV）等新一代纳米光伏器件的演进。相较于传统晶硅电池在弱光条件下效率急剧衰减的特性，纳米光伏器件凭借更大的比表面积、可调控的能带结构及优异的载流子传输性能，在200lux至1000lux的室内照度区间内展现出显著优势。然而，室内光环境与标准太阳光（AM1.5G）在光谱分布、辐照强度和入射角度等方面存在本质差异——室内光源主要包括白炽灯、荧光灯、LED灯等不同类型，其光谱各具特征，且照度通常仅为标准阳光的千分之一左右。这种差异导致传统光伏测试标准（如IEC60904系列）无法直接适用于室内光伏器件的性能评估。1.2标准化需求的提出由于缺乏统一的室内光伏测试标准，不同研究团队和企业各自采用不同类型的光源和照度条件进行性能表征，导致以下突出问题：-数据不可比：同一器件在不同实验室测得的效率、功率等参数差异可达30%以上；-市场秩序混乱：各厂商依据有利于自身产品的测试条件宣称性能指标，误导下游应用选型；-技术迭代受阻：缺乏标准化评估基准使得不同技术路线的优劣难以客观评判，阻碍了技术的定向优化与迭代。上述问题在纳米光伏领域尤为突出，因为纳米材料与结构的光吸收、载流子动力学等行为对光照条件更为敏感。国际电工委员会下属的IEC/TC113（纳米电工产品与系统技术委员会）在充分调研产业需求的基础上，于2019年前后正式立项该标准，经过多轮国际研讨与草案修订，最终于2023年7月27日正式发布。2标准制定过程2.1标准编制历程IECTS62607-7-2:2023的编制过程体现了国际标准制定的严谨性与协作性。该标准由IEC/TC113下设的工作组WG3（纳米光伏工作组）负责起草。自2019年立项工作组会议启动至2023年正式发布，编制历程主要包括以下关键节点：-CD（委员会草案）阶段：起草组汇总各成员国在室内光伏测试方面的既有实践，形成首版委员会草案，明确标准适用范围为“纳米光伏器件的室内照明性能评估”；-投票与意见处理：草案在成员国范围内征求反馈意见，重点协调了光源类型选择、照度等级设定、测试环境条件等核心争议点；-最终草案确认：经多轮技术修订与编辑性完善，最终草案获得成员国投票通过。2.2与相关标准的关系本标准的制定充分考虑了与现有国际标准体系的衔接与互补。在光源与照明基础领域，该标准引用了ISO/CIE8995-1（室内工作场所照明）中关于室内照度等级的分类方法；在光伏器件测试基础领域，参考了IEC60904系列标准中关于电流-电压特性测试的基本框架，但针对室内光条件进行了适应性调整，如光谱失配因子修正方法的不同处理；在与本系列标准的关系上，IECTS62607-7-2作为IECTS62607-7（纳米光伏）系列标准的组成部分，与IECTS62607-7-1（纳米光伏—电流-电压特性测量）等标准形成互补，共同构建纳米光伏器件的全链条评价体系。3标准核心技术内容3.1标准范围与适用对象IECTS62607-7-2:2023适用于基于纳米材料与纳米结构的光伏器件在室内光照条件下的性能评估，包括但不限于染料敏化太阳能电池、有机光伏器件、钙钛矿太阳能电池以及量子点敏化太阳能电池等。标准规定了室内照明条件下光伏器件评估的通用方法，涵盖光源要求、测试条件、测量程序及性能参数提取等关键技术内容。3.2室内光源的光谱匹配与分级体系该标准的核心技术贡献之一在于建立了科学的室内光源光谱匹配与分级体系。标准充分考虑了室内光环境的多样性，将室内光源分为以下三大类型：-类型A——荧光灯光源：模拟典型办公室环境中冷白荧光灯的发射光谱，色温范围4000K-6500K，具有明显的线状光谱特征；-类型B——LED光源：模拟现代室内照明中日益普及的LED灯具的光谱分布，色温范围2700K-5000K，在蓝光区域存在特征峰；-类型C——白炽灯光源：模拟暖色调白炽灯/卤素灯，色温约2700K-3000K，光谱连续且偏红外区域。标准对每一类光源规定了详细的相对光谱功率分布要求，并给出了标准化的光谱匹配误差容限，确保不同实验室所使用的光源具有良好的光谱一致性。同时，标准规定了若干标准照度等级，包括200lx（走廊/通道等一般照明）、500lx（办公作业照明）和1000lx（精密作业照明），分别对应IEC60825-1中定义的典型室内光环境等级。3.3测试条件与测量程序在测试条件方面，该标准对温度、湿度、光源预热时间、光照均匀性等关键参数提出了明确要求。标准规定测试环境温度应控制在25℃±2℃，相对湿度应低于65%；光源需充分预热至输出稳定后方可进行测试；器件受光面的光照不均匀度应控制在±3%以内。测量程序方面，标准详细规定了电流-电压特性曲线的扫描方向、扫描速率、电压步长等参数，并对被测器件的温度监测、接触电阻控制、屏蔽与杂散光防护等实际操作细节提出了规范化建议。3.4性能参数提取与报告要求标准明确了在室内光条件下应提取的关键性能参数，包括但不限于：-短路电流密度（Jsc）-开路电压（Voc）-最大输出功率（Pmax）-填充因子（FF）-转换效率（η）-最大功率点电压与电流标准特别规定了在室内光（低照度）条件下进行效率计算时的光输入功率确定方法——即基于标准光源的光谱辐照度分布与照度值的换算关系。这一规定有效避免了因不同光源辐射效率和光谱分布不同而导致的效率计算结果的不一致。此外，标准还要求测试报告应详细记录光源类型与校准信息、光源-器件距离、入射光角度等元数据信息，以保证测试结果的可追溯性。4标准的主要参编单位4.1IEC/TC113技术委员会概况IEC/TC113（纳米电工产品与系统技术委员会）成立于2006年，是国际电工委员会下属专门从事纳米技术在电工领域应用标准化工作的技术委员会。TC113的秘书处目前由日本工业标准调查会（JISC）承担，主席国为德国。其工作范围涵盖纳米电工产品的术语与定义、关键控制特性的测量与评估方法、纳米材料的健康安全与环境问题等方向。4.2核心参编单位——新材料与计量技术领域的深度参与本标准的研制汇聚了全球多国专家智慧，其中在纳米光伏测试领域具有深厚积累的研究机构与标准化组织发挥了核心作用。以下是主要贡献单位：日本产业技术综合研究所（AIST）作为TC113的积极成员，在纳米光伏器件的弱光性能表征方面开展了多年系统性研究，为本标准中光源分类体系的建立和照度等级设定提供了关键的实验数据支撑。德国联邦物理技术研究院（PTB）在光伏器件计量与校准领域享有国际权威地位，为本标准中光谱匹配方法、光照度溯源链建立以及测量不确定度评定框架提供了重要的计量学支撑。中国电子技术标准化研究院（CESI）作为IEC/TC113的中国对口单位，深度参与了本标准的起草工作，在纳米光伏器件的室内光稳定性测试方法和测试报告模板设计方面提出了多项建设性提案。此外，来自美国国家可再生能源实验室（NREL）、韩国机械研究院（KIMM）等机构的专家也积极参与了标准的技术讨论与意见反馈，为标准的技术完善提供了多元视角。4.3中国电子技术标准化研究院的详细贡献中国电子技术标准化研究院（CESI，电子标准院）作为工业和信息化部直属事业单位，是我国电子信息领域标准化工作的国家级核心研究机构。CESI自成立以来，始终致力于电子信息领域标准化的战略研究、技术归口管理和标准制定修订工作，在纳米光电材料与器件测试、光伏产品检测认证、可靠性评估等方向具备深厚的技术积累与丰富的实践经验。在IECTS62607-7-2:2023的制定过程中，CESI主要从以下方面做出了实质性贡献：技术提案方面，CESI依托其在光伏器件环境适应性与长期可靠性测试方面积累的丰富经验，提出在标准中增加关于器件在室内光条件下测试前的预处理与稳定化程序的建议，该建议被标准采纳为规范性附录内容。CESI团队通过大量实验数据证明，纳米光伏器件在初始光暴露后其性能会发生明显漂移，通过规定标准化的光浴（light-soaking）预处理流程，可有效提高测试结果的可重复性与实验室间复现性。测试方法验证方面，CESI组织国内多家纳米光伏研发单位开展了室内光评估方法的协同验证实验（round-robintest），针对染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池两类典型器件，验证了标准草案中所规定的测试参数设置和数据分析方法的科学性、可操作性与复现性。协同验证结果表明，在遵循标准草案测试流程的前提下，不同实验室间效率测量结果的相对标准偏差可控制在5%以内，显著优于此前不统一条件下的测量偏差水平。国际协调方面，CESI积极发挥ISO/IEC中国国家委员会的技术支撑作用，在标准讨论过程中充分反映发展中国家在纳米光伏器件测试能力建设方面的现实需求，推动标准在设备要求方面保持了适度的技术开放性，有利于降低标准实施的硬件门槛，促进标准在发展中国家的推广应用。CESI的上述工作不仅直接支撑了本标准的顺利发布，也进一步巩固了我国在纳米光伏国际标准化领域的话语权和影响力。5标准的意义与预期影响5.1填补国际标准空白IECTS62607-7-2:2023是国际上首部专门针对室内光照条件下光伏器件性能评估的技术规范。该标准的发布填补了光伏测试标准体系中弱光/室内光测试方法的空白，完善了从标准太阳光测试到室内光测试的完整标准链条，为纳米光伏技术的标准化评价奠定了方法论基础。5.2促进技术交流与产业协同统一测试评估方法的建立，使得全球范围内不同研究团队所报道的纳米光伏室内光性能数据具有了可比较的基础。这将有效促进学术研究成果的相互验证与技术借鉴，加速技术迭代进程。对产业界而言，该标准为纳米光伏产品的性能声明提供了权威依据，有助于建立公平竞争的市场环境，引导产业从“参数竞争”转向“真实性能竞争”。5.3支撑物联网与智能家居应用室内光伏器件作为物联网分布式节点的自主供电方案，其性能的准确评估直接关系到系统能量预算设计的可靠性。本标准的实施将为智能家居传感器、智能标签、电子货架标签等应用场景的能量采集方案选型提供可信的数据支撑，进而推动室内光伏技术的规模化商业应用。5.4对后续标准制定的引导作用本标准的发布将产生显著的示范效应。一方面，标准中所确立的室内光测试方法论框架，可为其他类型弱光能量采集器件（如室内热电器件、室内压电器件等）的标准化评估提供参考范式；另一方面，该标准的实施经验积累也将为后续可能开展的室内光测试国际比对计划、认证认可规则的制定提供实践基础。IEC/TC113已计划在后续工作中进一步制定关于纳米光伏器件室内光长期稳定性的评估标准，本标准所建立的测试框架将直接作为其重要的方法论基础。6结论与展望IECTS62607-7-2:2023《纳米制造——关键控制特性——第7-2部分：纳米光伏——室内照明设备评估方法》的正式发布，是纳米光伏领域国际标准化进程中的一个重要里程碑。该标准以科学的光源分类体系、严谨的测试条件规定和可操作的评价流程，首次为室内弱光环境下纳米光伏器件的性能评估提供了统一的国际规范，有效回应了物联网时代对室内能量采集技术标准化、规范化的迫切需求。从技术层面来看，该标准的实施将为不同纳米光伏技术路线的横向对比提供公平标尺，推动钙钛矿、有机光伏、染料敏化等新型器件的弱光性能优化方向更加明确；从产业层面来看，统一评估规则的确立有助于建立市场信任机制，促进纳米光伏产品在智能家居、智慧建筑、物流追踪等场景的规模化应用，进而带动上游材料、中游器件制造与下游系统集成的全产业链协同发展。展望未来，随着室内光伏技术的持续进步与应用场景的不断拓展，纳米光伏领域的标准化工作也将不断深化。后续值得关注的方向包括：室内光条件下纳米光伏器件的长期稳定性评估方法、柔性纳米光伏器件的弯曲与室内光耦合测试方法、多光源混合照明条件下的性能评价方法等。IEC/TC113及其成员国将继续围绕这些方向开展国际合作与标准研制工作，持续完善纳米光伏领域的国际标准体系，为全球清洁能源转型和可持续发展目标的实现贡献标准化力量。参考文献[1]IECTS62607-7-2:2023,