光電探測(cè)器、太陽能電池量子效率測(cè)試系統(tǒng)介紹
近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得能源需求劇增，傳統(tǒng)能源因其不可再生、污染等問題逐漸被新型能源所替代，太陽能作為一種清潔、可再生能源倍受研究人員的關(guān)注。鈣鈦礦太陽能電池、硅基太陽能電池等作為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，其工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟且在商用市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。在該領(lǐng)域中，目前的研究主要集中在提高光子-電子轉(zhuǎn)化效率(monochromatic Incident Photon-to-electron Conversion Efficiency，即IPCE)、降低成本和提升長(zhǎng)期穩(wěn)定性上。例如，通過改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)、疊層材料、表面鈍化技術(shù)和摻雜工藝等，不斷挖掘太陽能電池的性能潛力。
在太陽能電池光電性能測(cè)試中，光譜響應(yīng)特性包含著太陽能電池光電轉(zhuǎn)換能力等許多重要信息。它不但能反映太陽能電池內(nèi)各層材料的質(zhì)量，也能反應(yīng)減反膜、輻照損傷和各個(gè)界面層的質(zhì)量。其主要參數(shù)包括:
光譜響應(yīng)（Spectral Responsivity，SR）
太陽能電池的光譜響應(yīng)表示對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)入射光能轉(zhuǎn)換成電能的能力，通常光譜響應(yīng)的定義為輸出電流與入射光功率之比，單位為安培每瓦特（A/W）。
外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE）
當(dāng)不同波長(zhǎng)的光子入射到太陽能電池的光敏區(qū)域時(shí)，光子會(huì)激發(fā)光敏材料產(chǎn)生電子和空穴，當(dāng)有外電路時(shí)即形成電流。此時(shí)產(chǎn)生的電子個(gè)數(shù)與入射的光子個(gè)數(shù)之比，稱為太陽能電池的外量子效率。
光子電子換轉(zhuǎn)效率（IPCE）
定義為單位時(shí)間內(nèi)外電路中產(chǎn)生的電子數(shù)與入射的單色光子數(shù)之比。IPCE 的概念更多用在光電化學(xué)類器件上，在定義上與EQE 是類似的。
內(nèi)量子效率（IQE）
內(nèi)量子效率（Internal Quantum Efficiency, IQE）用于衡量電池內(nèi)部吸收的光子轉(zhuǎn)化為可收集載流子的效率，不考慮入射光的反射損失。其計(jì)算需結(jié)合外量子效率（EQE）和表面反射率(R(λ))，具體方法如下：
IQE 反映了電池內(nèi)部光吸收層的本征效率，可排除表面反射對(duì)量子效率的干擾，用于分析材料本身的光吸收和載流子收集能力。
北京卓立漢光儀器有限公司，成立于1999年，是專業(yè)從事光電分析測(cè)試儀器和精密光學(xué)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制的國(guó)內(nèi)**企業(yè)，可提供各種類型的光電測(cè)試解決方案，在太陽能電池、光電探測(cè)器領(lǐng)域可提供性能優(yōu)異的測(cè)試設(shè)備，如DSR600光電探測(cè)器光譜響應(yīng)度標(biāo)定系統(tǒng)、DSR300微納器件光譜響應(yīng)度測(cè)試系統(tǒng)、DSR800瞬態(tài)光電性能測(cè)試系統(tǒng)、DSR900相機(jī)特性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)、SCS1000量子效率測(cè)試系統(tǒng)等等。從大面積電池到微納結(jié)構(gòu)電池，從短波紫外至遠(yuǎn)紅外，從單點(diǎn)測(cè)試到面掃mapping可滿足客戶的各種實(shí)際測(cè)試需求。
25年4月，東北大學(xué)理學(xué)院交付了四套DSR測(cè)試系統(tǒng)（圖1-2）。
（圖1-2：DSR 300/600系統(tǒng)實(shí)拍圖）
其中DSR300為專用于低維材料光電測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成高精度光譜掃描，光電流掃描以及光響應(yīng)速率測(cè)試?？蛇x配不同倍率的消色差物鏡、反射式紫外物鏡，焦點(diǎn)光斑可達(dá)60μm（圖3），可實(shí)現(xiàn)百微米器件的絕對(duì)光譜響應(yīng)度測(cè)試。搭配了超高穩(wěn)定性氙燈光源，光譜范圍：250-1800nm，不穩(wěn)定性＜1%，支持長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè)試。此外也可擴(kuò)展連續(xù)白光激光器，皮秒脈沖激光器，鹵素光源和黑體光源等等。該系統(tǒng)中集成了Keithley 24系列原表，測(cè)試量程從100μA到1A，分辨率高達(dá)10pA。光譜儀方面搭配了卓立漢光自制的omni-λ300三光柵光譜儀，實(shí)現(xiàn)紫外至紅外的切換，分辨率0.1nm，波長(zhǎng)準(zhǔn)確度±0.2nm，波長(zhǎng)重復(fù)性±0.1nm，配備了6檔自動(dòng)濾光片輪，可有效消除二級(jí)譜（圖4）。
（圖3：DSR 300 內(nèi)部實(shí)拍圖）
（圖4：DSR 300 選配光譜儀、光源、數(shù)據(jù)采集器）
圖5為該DSR300系統(tǒng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)Si電池的響應(yīng)曲線：
（圖5：Si電流輸出）
利用標(biāo)準(zhǔn)Si校準(zhǔn)入射光功率后測(cè)得氧化鎵復(fù)合材料的光譜響應(yīng)度、IPCE/EQE、短路電流密度如下（圖6）：
（圖6：氧化鎵復(fù)合材料的IPCE）
下圖為東北大學(xué)安裝的另外兩套DSR600測(cè)試系統(tǒng)（圖7），它采用了集成化設(shè)計(jì)，將內(nèi)外量子效率、光譜響應(yīng)、透反射率、光束誘導(dǎo)電流和Mapping測(cè)試等功能集成到一套系統(tǒng)中，適用于各種大尺寸的光電探測(cè)器和太陽能電池如：?jiǎn)尉?多晶Si、銦鎵磷、砷化鎵、鍺、量子點(diǎn)電池等。搭配了疊層太陽能電池專用測(cè)試暗箱，極大的太高了光電轉(zhuǎn)換效率，還可添加針對(duì)不同位置的不同波長(zhǎng)偏置光以驅(qū)動(dòng)太陽能電池正常工作。
（圖7:DSR 600測(cè)試系統(tǒng)）
其中一套系統(tǒng)搭配了溴鎢燈光源，波長(zhǎng)范圍900-2700 nm，為了采集紅外區(qū)域的微弱信號(hào)，還配備了卓立漢光自制的 DCS500PA鎖相放大器（圖8），滿偏靈敏度1nV-1V，時(shí)間常數(shù)10μS -1 KS，搭配電流放大器可采集到更加微弱的信號(hào)。
（圖8 ：DSR 600 選配光譜儀、光源、數(shù)據(jù)采集器）
利用銦鎵砷標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器采集到的溴鎢燈光源如下（圖9）：
（圖9 ：InGaAs電流輸出）
利用標(biāo)準(zhǔn)InGaAs探測(cè)器校準(zhǔn)入射光功率后測(cè)得 te-IR 的光譜響應(yīng)度、IPCE/EQE、短路電流密度如下（圖10）：
（圖10： te-IR的IPCE）
針對(duì)光譜范圍響應(yīng)比較寬的樣品，還可拓展氙燈鹵素?zé)綦p光源，光譜范圍250-2600nm，（圖11）為氙燈+Si探測(cè)器在1100nm處切換至溴鎢燈+InGaAs探測(cè)器的響應(yīng)曲線：
(圖11：雙光源電流輸出)
對(duì)于100mm*100mm以上較大面積的成品太陽能電池片，可以加裝Mapping組件以測(cè)試量子效率、響應(yīng)度等Maping數(shù)據(jù)，從Mapping數(shù)據(jù)中得到關(guān)于電池片的少子擴(kuò)散情況、電池片缺陷分布信息等。
（圖12：MoS2的Mapping數(shù)據(jù)）
以下例舉近三年利用卓立漢光DSR系統(tǒng)測(cè)試發(fā)表的文章，供您參考：
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