太阳能技术研发与产业化的核心挑战，是建立太阳能器件宏观性能，与材料微观特性、生产工艺间精准的量化关联。太阳能材料的反射率、吸收率、发射率等光学特性，是器件能量转换效率的物理核心；而材料加工制备、电光学性能与器件性能的内在联系，极为复杂且难以无实测判定。反射率/发射率测量仪被广泛应用于太阳能集热器沉积与清洗、太阳能涂层开发、太阳能热发电CSP设计、光伏半导体材料开发以及集热系统效率提升等前沿领域。

1.太阳能涂层开发

提升太阳能系统的整体效率，关键在于优化其核心的光谱选择性吸收涂层。这类涂层通过特定的结构和材料设计，旨在最大化太阳光谱（0.3-2.5 µm）的吸收率α，同时最小化其在工作温度下的红外热辐射（1-25 µm）发射率ε，以追求最大的光热转换效率。在理想情况下，其性能可由简化的效率公式表达：
其中σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，Th和Tc分别为吸热体与环境温度，C为聚光比，G为太阳辐照度。该公式直观揭示了在高温工况下，抑制发射率ε对于提升净效率η与提升吸收率α同等重要。
反射率/发射率测量仪可以协助工程师精确表征并开发具备更高“吸收/发射比”的下一代太阳能选择性涂层，为系统效率的突破奠定材料基础。太阳能选择性吸收涂层按照不同的结构和吸收原理可以分为本征型、多层干涉型、表面刻蚀型以及纳米粒子增强型四类吸收涂层。四种选择性吸收涂层示意图如图1所示。

图1 选择性吸收涂层的分类

图2 多彩薄膜

# 2.太阳能热发电CSP设计
太阳能热发电技术是通过高倍聚光装置将太阳光聚焦到吸热管或吸热器，转化为高温热能后驱动发电机组。其核心在于“聚光”，其基础由光学定律描述：聚光比C定义为吸热器表面的平均能流密度E "receiver" 与入射太阳法向直射辐照度DNI的比值，即"C=" E"receiver" /"DNI" 。光学性能的精确测量是设计下一代系统、优化接收器材料与涂层的基石。研究表明，反射镜面的反射率每而光学性能的精确测量是设计下一代系统、优化接收器材料与涂层的基石。研究表明，反射镜面的反射率每下降1%，到达吸热器的能量便相应减少1%，最终可能导致电站年度发电量降低0.8%至1.2%。因此，通过精确评估反射率、吸收率和发射率等关键参数来优化系统，是实现更高效能量捕获、更少热损失、更高工作温度，从而提升整体效率与经济可行性的关键。根据聚光方式和结构的不同，主要分为4种类型，表1对4种太阳能热发电系统的运行参数、系统效率、应用场景等进行了梳理。

表1 4种发电技术比较


2.1槽式系统：这是目前商业化应用最广泛的技术。系统由大量呈抛物线形状的槽式反射镜阵列组成，每面镜子将阳光聚焦到位于其焦线上的一个真空集热管上。管内的传热流体（如导热油或熔盐）被加热至近400℃，随后用于产生蒸汽发电。

图3槽式聚光系统

图4槽式太阳能聚光集热场实景

2.2塔式系统：塔式系统被视为未来大规模CSP电站的主流方向。它通过成千上万台“定日镜”的平面反射镜，将阳光精确地反射并汇聚到中央一座高塔顶部的吸热器上。这种点聚焦方式能产生极高的聚光比，使吸热器内的工质（通常是熔盐）被加热到560℃以上。更高的温度意味着更高的热转换效率和更低的储热成本，是提升CSP经济性的关键。

图5塔式聚光系统

图6塔式太阳能热发电系统集热场实景

2.3碟式系统：碟式系统采用点聚焦的抛物面碟状反射镜，其结构类似于大型卫星天线。它将阳光聚焦到位于焦点处的吸热器上，吸热器直接与斯特林发动机或小型燃气轮机相连，实现光-热-机械能-电能的高效转换。碟式系统聚光比最高，集热温度一般在750℃以上，碟式太阳能发电系统在所有的光热发电系统中的热转换效率最高，单体规模也小，适合分布式应用。

图7碟式聚光系统

图8 碟式热发电系统集热场实景

2.4线性菲涅尔式系统：是一种结构更为简单的系统，它采用靠近地面放置的多个几乎是平面的镜面结构（带单轴太阳跟踪的线性菲涅尔反射镜），先将阳光反射到上方的二次聚光器上，再由其汇聚到一根长管状的热吸收管，并将其中的水加热产生 270℃左右的蒸气直接驱动后端的涡轮发电机。

图9线性菲涅尔式聚光系统

图10 菲涅尔式热发电系统集热场实景

2.5各CSP系统核心部件的测量
在槽式、塔式、碟式及线性菲涅尔式四类太阳能热发电系统中，需测量吸收比、发射比和反射比的核心部件集中于聚光与吸热两大关键环节，且各系统的核心测量部件与自身结构特点、运行需求高度适配。槽式系统中，槽式反射镜作为聚光核心，需通过测量反射比保障聚光效率，而真空集热管表面涂层则需检测吸收比与发射比，以实现高效光热转换并减少热损失；塔式系统依赖成千上万台定日镜精准汇聚阳光，其反射比的测量至关重要，同时中央吸热器表面涂层需适配高温工况，通过吸收比与发射比检测优化吸热效果、抑制热辐射散失；碟式系统凭借高聚光比实现高效转换，抛物面碟状反射镜的反射比测量是维持其聚光性能的关键，焦点处的吸热器则需通过吸收比与发射比检测匹配高效光热转换需求；线性菲涅尔式系统结构相对简单，线性菲涅尔反射镜的反射比测量直接影响聚光效果，热吸收管表面涂层则需通过吸收比与发射比检测提升吸热效率、降低热散失，确保系统稳定运行。
# 3.光伏半导体材料
太阳能技术的一个关键方面是提升光伏电池的性能和能力转换效率，主要在于优化材料光捕获能力与载流子分离、传输效率。而这两大目标的实现均离不开对半导体材料及功能薄膜光学特性的精准表征与调控。光伏电池的能量转换始于对太阳光谱的高效吸收，太阳辐射中可被光伏材料利用的主要波段集中在 0.3-1.1 µm（可见光至近红外区域），该波段的光吸收效率直接决定了电池的光子利用率与短路电流密度（Jsc），进而影响开路电压（Voc）与填充因子（FF）等关键性能参数。
反射率 / 发射率测量仪作为核心表征工具，能够对硅（单晶硅、多晶硅）、钙钛矿、砷化镓、碲化镉等主流光伏半导体材料，以及抗反射膜、钝化膜、窗口层等功能薄膜，进行全光谱范围内光学参数的高精度测量，涵盖折射率n、消光系数k、反射率ρ、吸收率α、透射率τ等关键指标。这些精准的光学数据为研究人员提供了材料与光相互作用的微观机理支撑，可直接指导材料成分的微调（如钙钛矿材料中 A 位阳离子比例调控、硅片掺杂浓度优化）、膜层厚度与结构设计（如多层抗反射膜的叠层顺序、钝化膜的界面态调控），从而最大限度减少光反射损失、提升光吸收效率，同时优化载流子的产生、分离与输运路径，降低复合损失。其核心原理可通过材料光学基本公式量化表达：

其中λ为波长，ρ(λ) 为波长λ下的反射率，τ(λ) 为波长λ下的透射率。在光伏电池设计中，通过测量仪获取不同波长下的 ρ(λ) 与 τ(λ) 数据，可精准计算出 α(λ) 的光谱分布，进而针对性优化材料与膜层结构，使 α(λ) 在太阳有效光谱（0.3-1.1 µm）范围内形成高且平缓的吸收峰 —— 例如通过引入梯度折射率抗反射膜减少表面反射，或调控钙钛矿材料带隙使吸收边覆盖更宽光谱范围。这种优化直接提升了电池的光子吸收总量，促使更多光子转化为电子 - 空穴对，最终实现短路电流密度（Jsc）的显著提升，为光伏电池转换效率突破奠定关键基础。

图11 光伏电站实景

4.集热系统效率提升

4.1 反射镜反射率
在CSP发电中，反射镜的镜面反射率是决定聚光效率与发电量的核心性能指标。镜面会因环境因素老化、积污，导致反射率衰减。镜面反射率测量仪能快速、准确地定量评估反射率，其核心应用价值体现在三个方面：
•性能评估：在电站建设初期，用于验收镜面产品质量是否达标。
•运维指导：通过定期测量绘制整个镜场的“反射率地图”，可精准识别污染或老化的镜面区域，从而科学制定清洗计划，在控制成本的同时确保关键区域的镜面洁净。
•效率预测：精确的反射率数据是电站性能模型和发电量预测软件的关键输入，有助于准确评估电站的长期收益。
针对太阳光谱（200~2600nm）的反射镜镜面反射率测量，可借助SRA2600 便携式太阳吸收比测量仪实现，该设备为一体式设计，内置积分球、光源、探测器及微型处理器，通过积分球反射计法与标准样品校准，可精准测量 200~2600nm 光谱波段的近法线入射反射比及吸收比。其核心优势在于：彩色触屏操作界面可直接输出全波段总反射比 / 吸收比数据，支持自定义辐照度函数，还能图形化展示光谱曲线；同时适配平面、异形样品，整机便携易用，既满足实验室精准表征，也可用于野外现场检测。
目前 SRA2600 已广泛应用于太阳能热发电、太阳能塔式、碟式、槽式、菲涅尔式镜面反射率测量等领域，可为太阳能发电量效率评估、反射镜运维清洗、提升光热转换效率等，提供 200~2600nm 宽波段的太阳反射特性参数支撑。
4.2吸热器效率
在CSP发电中，吸热器红外发射率是衡量其热辐射损失、决定系统效率的关键参数。它直接反映了吸热器将吸收的热能以红外辐射形式散失的倾向，在565℃工况下，吸热器红外发射率每降低0.01，其辐射热损失可减少约1.5%。因此，控制低发射率对于抑制热损失至关重要。 红外发射率测量仪为此提供了精确的量化手段，其核心应用价值体现在三个层面：
•材料研发与质检：在吸热器涂层研发和生产阶段，测量仪是筛选和验证高性能选择性吸收涂层的必备工具，确保其具有“高吸收、低发射”的理想特性。
•在线监测与寿命评估：在高温运行环境下，可定期监测涂层发射率变化，评估其性能退化状态，为预测寿命和制定维护策略提供依据。
•系统效率优化：提供精确的热损失计算数据，是进行热平衡分析、优化运行策略和提升整个CSP系统光-电转换效率的基础。
针对太阳能红外发射率测量，可借助安洲科技研发的EM100便携式半球发射率测量仪实现，该设备为一体式设计，内置积分球、光源、探测器及微型处理器，
（1）EM100基于基尔霍夫定律，以“积分球反射计+金镜标样（反射率>98%）”消除辐射源波动，双角度入射设计优化光学路径，既避免反射泄漏，又提升半球发射率测量准确性。
（2）EM100覆盖1~25μm波段范围，数据更准确，更接近真实特性。
（3）EM100一体式集成核心组件，整机<1kg便携易用，适配平面、凹凸面等样品，既保留反射法高效性，又突破光谱法局限，可满足实验室及野外现场检测需求。
目前，EM100 已凭借 “宽谱段精准测量 + 便携化集成设计 + 低误差信号处理” 的技术优势，在太阳能吸热材料、太阳能热电转换材料、太阳能聚光装备、太阳能槽式真空管、太阳能吸热器、太阳能碟式聚光器、太阳能塔式热发电系统内有了广泛应用，为提升太阳能热发电吸热器性能上提供了更接近真实特性的参数支撑。