太陽(yáng)能電池基本知識(shí)

太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)和量子效率測(cè)試對(duì)提高生產(chǎn)工藝水平（例如制絨、擴(kuò)散、背場(chǎng)等工藝）

和研究電池片的性能有重要的參考價(jià)值。太陽(yáng)能電池的光譜性能主要包括光譜響應(yīng)（A/W），

內(nèi)、外量子效率（%），光譜透射率（%），光譜反射率（%），短路電流密度（mA/cm2）等。

光譜響應(yīng)R（λ）是指在某一特定波長(zhǎng)λ 處，太陽(yáng)能電池輸出的短路電流I（λ）與入射到

太陽(yáng)能電池上的輻射功率Φ（λ) 的比值：

R（λ)= I（λ)/Φ（λ） （ A/W）

量子效率可以表示為：

η（λ)=1.24×R（λ）/λ

短路電流密度是將標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)（AMN) 的光譜輻射曲線和電池片的光譜響應(yīng)曲線相乘并對(duì)電池片

的整個(gè)響應(yīng)波段進(jìn)行積分得到的單位面積電池片在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)（AMN) 照射下所產(chǎn)生的短路電流密度。

Jsc（AMN)= ∫ PAMN（λ)•R（λ)dλ（ mA/cm2）

假設(shè)電池片的光譜響應(yīng)均勻一致，則短路電流密度乘以電池片的總響應(yīng)面積S 就可以得到該電池

片在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)（AMN) 照射下的短路電流:

Isc= Jsc（AMN)•S （ A）

比如在某個(gè)特定波長(zhǎng)λ 下，有10 份光子入射到電池表面，其中有2 份被電池片反射回來，有1 份

透過了電池片，剩下的7 份被電池片吸收并轉(zhuǎn)化出6 份的電子，還有1 份可能轉(zhuǎn)換成熱能或損耗在

其他上面（比如晶格等），那么我們可以這樣來理解這幾個(gè)概念：

透射率：電池片的透射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比

t（ λ)=1/10=10%

反射率：電池片的反射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比

R（ λ)= 2/10=20%

外量子效率：總的入射光子產(chǎn)生電子的效率

EQE=6/10=60%

內(nèi)量子效率：被電池片吸收的光子產(chǎn)生電子的效率

IQE=6/（10-1-2) ≈ 85.7%

從光譜響應(yīng)和量子效率曲線中我們可以得到非常豐富的信息(硅電池光譜響應(yīng)測(cè)試與實(shí)際工藝性能的關(guān)系)：

★光譜響應(yīng)曲線：反映了電池將不同波長(zhǎng)的輻射轉(zhuǎn)換成電的能力

★反射率曲線：反映了減反膜和制絨的綜合效果

★外量子效率曲線：反映了電池片將光子轉(zhuǎn)化成電子的效率

★內(nèi)量子效率曲線：反映電池片材料的好壞

不同波段代表的含義

短波部分：如果量子效率不能很快的上升到較高值，說明制絨和P-N 節(jié)的制作工藝有問題，

對(duì)紫外光來說一般都在200 ～ 300 納米左右，全部被電池片吸收而轉(zhuǎn)換成電能。如果不能

很快達(dá)到高值，有可能是紫外光過多被電池表面反射，或擴(kuò)散后的P-N 節(jié)不能將電能及時(shí)傳出來。

中波部分：內(nèi)量子效率的高點(diǎn)反映了電池片材料的性能，好的航空片甚至可以達(dá)到100%，

如果不達(dá)到95%說明材料也可能不夠好。

長(zhǎng)波部分：紅外輻射很容易透過硅片，如果不做背場(chǎng)，紅外部分的量子效率會(huì)早早從高處降下來，

背場(chǎng)做好了，紅外輻射被反射回來繼續(xù)參與光電轉(zhuǎn)換，這部分的量子效率也會(huì)明顯提高。

NBET-SPEC系列太陽(yáng)能

電池量子效率測(cè)試系統(tǒng)

NBET-SPEC系列是一款基于太陽(yáng)能電池量子效率測(cè)試的多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

用于測(cè)試太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)度、外量子效率、內(nèi)量子效率、反射率、

透射率、短路電流密度、量子效率Mapping和反射率Mapping。

適用材料：
單晶硅Si、多晶硅mc-Si、非晶硅α-Si、砷化鎵GaAs、鎵銦磷GaInP、磷化銦InP、

鍺Ge、碲化鎘CdTe、銅銦硒CIS、銅銦鎵硒CIGS、染料敏化DSSC、有機(jī)太陽(yáng)電池Organic

Solar Cell、聚合物太陽(yáng)電池Polymer Solar Cell等。
適用結(jié)構(gòu)：
單結(jié)Single junction、多結(jié)multi junction、異質(zhì)結(jié)HIT、薄膜thin film、高聚光HPV 等。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

多種規(guī)格光源可選，保證從200-2500nm 范圍輻射穩(wěn)定、能量高；

高精度分光系統(tǒng)，保證良好的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和重復(fù)性，雜散光小，配自動(dòng)濾光片輪，

消除多級(jí)光譜影響；

相關(guān)法檢測(cè)，配合電磁屏蔽技術(shù)，具有超強(qiáng)弱信號(hào)處理能力，有效提高信噪比，

保證測(cè)量精度；

兼容直流和交流兩種測(cè)量方式，更針對(duì)不同種類的太陽(yáng)電池配置不同類型的前置放大器，

確保弱信號(hào)檢測(cè)，模式切換方便；

IQE 和EQE 同點(diǎn)同時(shí)測(cè)量；

針對(duì)不同的測(cè)量方式和電池片種類配置不同類型的樣品室及專利樣品架，夾持方便，

電接觸好，對(duì)弱信號(hào)測(cè)試干擾�。�

精密快門控制光路閉合；

可選恒溫、變溫設(shè)備，方便對(duì)電池片進(jìn)行溫度控制；

可選真空吸附樣品測(cè)試臺(tái)，可定制專屬測(cè)試臺(tái)；

高性能信號(hào)自動(dòng)切換控制，完成各類信號(hào)的切換；

可選光路監(jiān)視，有效扣除光源不穩(wěn)定帶來的測(cè)試誤差；

系統(tǒng)軟件：

集成了分光系統(tǒng)、多級(jí)譜濾除裝置、弱信號(hào)處理系統(tǒng)等的參數(shù)設(shè)置和選擇；

自動(dòng)掃描、信號(hào)放大、A/D、數(shù)據(jù)采集；

兼容通量法和均勻照度法兩種測(cè)量方式，并根據(jù)不同測(cè)量方式采用不同的公式進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與處理；

圖、表文件自動(dòng)生成與顯示；

多種格式的數(shù)據(jù)和圖片備份和打印輸出功能；

多組數(shù)據(jù)對(duì)比功能；

自動(dòng)mapping；

粗大誤差的自動(dòng)去除，系統(tǒng)誤差、線性誤差、周期誤差、T 誤差的自動(dòng)校驗(yàn)。

系統(tǒng)應(yīng)用：

1.   晶體硅太陽(yáng)電池測(cè)試 晶體硅太陽(yáng)電池目前主要包括單晶硅、多晶硅電池，其特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、市場(chǎng)化工藝成熟，常規(guī)樣品尺寸為125mm或156mm的方形電池片。目前QE系統(tǒng)用于工業(yè)化產(chǎn)品檢測(cè)的主要是針對(duì)此類應(yīng)用，可通過內(nèi)外量子效率、反射率等參數(shù)分析電池片性能和均勻性，有助于成品效率提升。     針對(duì)此類應(yīng)用，選擇快速Mapping掃描功能，可以提供和分析快速mapping測(cè)試可以提供缺陷相關(guān)LBIC影像圖。     晶體硅太陽(yáng)電池通常測(cè)試外量子效率、反射率、內(nèi)量子效率以及表面均勻性（mapping掃描）。
2. 非晶硅薄膜太陽(yáng)電池測(cè)試     非晶硅薄膜太陽(yáng)電池是目前市場(chǎng)上少數(shù)具有能力挑戰(zhàn)晶體硅電池主流地位的電池種類。它的主要特點(diǎn)是成本低廉，非常有利于太陽(yáng)能的普及。   非晶硅薄膜太陽(yáng)電池可以分為單結(jié)、雙結(jié)和三結(jié)等，每一個(gè)PN結(jié)都可以看做一個(gè)子電池。因此在測(cè)量時(shí)應(yīng)注意采用偏置光進(jìn)行配合才能得到正確的結(jié)果。   非晶硅薄膜太陽(yáng)電池通常測(cè)量外量子效率，多結(jié)電池需要測(cè)每個(gè)PN結(jié)的量子效率和短路電流密度。
3. 染料敏化太陽(yáng)電池測(cè)試     染料敏化太陽(yáng)電池（DSSC）是目前科研單位研究多的一種太陽(yáng)電池，它通過染料吸收太陽(yáng)光，在染料與納米晶體的界面處產(chǎn)生自由電荷，然后通過外電路將電能導(dǎo)出。   染料敏化太陽(yáng)電池的響應(yīng)速度很慢，因此在進(jìn)行QE測(cè)試的時(shí)候應(yīng)特別注意，通常采用直流方法測(cè)量。在特定的條件下，也可以采用交流方法測(cè)量。     染料敏化太陽(yáng)電池通常只測(cè)量外量子效率。

4. 銅銦鎵硒太陽(yáng)電池測(cè)試     銅銦鎵硒（CIGS）太陽(yáng)電池是已經(jīng)初步市場(chǎng)化的一種新興太陽(yáng)電池，其制備工藝特別適合批量生產(chǎn)，非常有潛力，但制備工藝還可以進(jìn)一步完善。   銅銦鎵硒太陽(yáng)電池的光譜范圍比較寬，在條件允許的情況下，建議測(cè)到1400nm。   銅銦鎵硒太陽(yáng)電池通常測(cè)量外量子效率、反射率、內(nèi)量子效率。
5. III-V族多元化合物太陽(yáng)電池測(cè)試     III-V族多元化合物太陽(yáng)電池主要是半導(dǎo)體類型的材料，包括GaAs、InGaP等。其特點(diǎn)是光譜響應(yīng)范圍寬，光電轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)，缺陷是材料成本非常高，適合用于衛(wèi)星等空間限制較高的場(chǎng)合。   半導(dǎo)體類型的太陽(yáng)電池通常測(cè)試外量子效率、反射率、內(nèi)量子效率。多結(jié)電池的測(cè)試與非晶硅電池類似，但光譜范圍更寬，一般測(cè)到1700nm左右。
6. 有機(jī)太陽(yáng)電池測(cè)試 有機(jī)太陽(yáng)電池具有低成本、易制備的優(yōu)勢(shì)，目前仍處在研究階段，是科研單位非常關(guān)注的一種新興太陽(yáng)電池種類。   有機(jī)太陽(yáng)光譜范圍主要集中在可見光波段 300~800nm。研究階段的樣品通常試制在ITO玻璃上，光敏面較小，需要采用探針加持。   有機(jī)太陽(yáng)電池通常測(cè)外量子效率、透反射率、內(nèi)量子效率等

規(guī)格指南：

NBET-IV太陽(yáng)能

電池IV特性測(cè)量系統(tǒng)
  在太陽(yáng)能光伏器件的所有性能表征手段中，IV特性測(cè)試無疑是直觀、

有效、被廣泛應(yīng)用的一種方法。通過測(cè)量IV特性曲線，并進(jìn)一步進(jìn)行

數(shù)據(jù)分析處理，可以直接了解到光伏器件的各項(xiàng)物理性能，包括光電轉(zhuǎn)換的效率、

填充因子等。這些數(shù)據(jù)可以為光伏器件的研究、質(zhì)檢以及應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。

我們提供高性價(jià)比的IV特性測(cè)試系統(tǒng)，并提供完善、的技術(shù)支持。

主要特點(diǎn)：
完整IV特性測(cè)量和分析解決方案
測(cè)試方法符合IEC
探針陰影小化，減小測(cè)量誤差
溫度控制功能，IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件
真空吸附功能，樣品固定更方便
圖形化界面軟件，操作方便
支持Excel、ASCII、XML格式數(shù)據(jù)導(dǎo)出
報(bào)表打印功能，自動(dòng)生成完整的測(cè)試報(bào)告

主要功能：
1）測(cè)量光照條件和暗條件下的IV曲線；
2）測(cè)量開路電壓Voc、短路電流Isc、短路電流密度Jsc、大功率電壓Vmpp、

大功率電流Impp、填充因子FF、光電轉(zhuǎn)換效率Eta
3）暗電流扣除功能
4）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量條件校正功能（IEC標(biāo)準(zhǔn)）
5）標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池校正功能。

NBET-IV1 薄膜物質(zhì)（氧化鈦、氧化鋅、氧化錫等）在光照下吸收光能量產(chǎn)生電子、

通過某類導(dǎo)電溶液（1mol氫氧化鈉）行程回路，利用工作站的三電（工作、參比和對(duì)電）

直接測(cè)量薄膜物質(zhì)在連續(xù)單色光照射下的IV曲線，進(jìn)而研究其特性。組成：復(fù)合光源、

分光裝置、功率計(jì)、電化學(xué)工作站和樣品臺(tái)以及系統(tǒng)所需小配件。

NBET-IV2 晶硅等測(cè)試。組成：復(fù)合光源、可選分光裝置、電流源表和樣品臺(tái)及系統(tǒng)所需小配件。

NBET-PEC4000 光電化學(xué)反應(yīng)測(cè)試裝置

NBET-PEC4000系列光電化學(xué)反應(yīng)裝置。依托可選擇的多光譜光源和各種光電化學(xué)池，

與電化學(xué)工作站聯(lián)用將光電化學(xué)反應(yīng)輸出至電化學(xué)工作站，以進(jìn)行光電化學(xué)反應(yīng)的

科學(xué)研究。 如研究分子或離子在激發(fā)態(tài)時(shí)的氧化還原反應(yīng)現(xiàn)象、規(guī)律及應(yīng)用；研究

光直接影響電過程的電化學(xué)、光能與電能和化學(xué)能的轉(zhuǎn)換測(cè)量；光電化學(xué)電池的光

電轉(zhuǎn)化測(cè)量；光電化學(xué)合成和富集。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，可與大多數(shù)主流電化學(xué)

工作站聯(lián)用，光源可選，光譜范圍從紫外、可見到紅外（UV-VIS-IR），從而可作為光

電化學(xué)反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)使用，適合光致電化學(xué)分析法和光電化學(xué)電池性能的研究，尤其適

用于太陽(yáng)能電池、光催化、腐蝕等應(yīng)用。

而紫外-可見光譜電化學(xué)技術(shù)是將紫外-可見光譜和電化學(xué)相結(jié)合起來同時(shí)進(jìn)行測(cè)量的方法。

紫外-可見光譜法是基于分子內(nèi)電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜進(jìn)行分析，其吸收與電子結(jié)構(gòu)緊

密相關(guān)，研究對(duì)象大多是具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的分子。該方法具有靈敏度高、準(zhǔn)確度好、選

擇性佳、操作簡(jiǎn)便、分析速度快、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。將它與電化學(xué)方法聯(lián)用，在進(jìn)行電化

學(xué)研究的同時(shí)，可以獲得反應(yīng)物、中間體以及產(chǎn)物的大量信息，很大程度上促進(jìn)了電化學(xué)

研究在分子水平上的發(fā)展。

 

 

 主要應(yīng)用:

（1）瞬時(shí)化學(xué)組分或平衡光譜的測(cè)量；

（2）電活性物質(zhì)還原電位的測(cè)定；

（3）電化學(xué)動(dòng)力學(xué)的測(cè)量；

（4）電/溶液界面上的電荷傳遞過程研究。

 

主要組成：光源、反應(yīng)池、電化學(xué)工作站和光譜儀。

1.光源 

1.1復(fù)合光源（推薦HSX-F/UV300氙燈光源）選配濾光片可提供紫外區(qū)、可見光區(qū)、

以及400-700nm之間的單色光。

主要參數(shù)	HSX-F300	HSX-UV300
輸入功率Power(Watts)	300W（180W~320W）	300W（180W~320W）
發(fā)光總輸出功率Radiant Output (Watts)	50W	50W
紫外光區(qū)輸出功率UV Output, <390nm (Watts)	2.6W	6.6W
紅外光區(qū)輸出功率IR Output, >770nm (Watts)	28.8W	26.8W
可見光區(qū)輸出Visible Output, 390-770nm (Lumens)	5000Lu	4500Lu
色溫Color Temperature (Kelvin)	5600K	5050K
燈泡窗口Window Diameter (mm)	25.4mm	25.4mm
燈泡保守壽命Life（Hours）	1000H	1000H
發(fā)光光譜范圍SPECtralOutput(nm)	300nm~2500nm	200nm~2500nm
工作光斑直徑	連續(xù)可調(diào)，大60mm。	連續(xù)可調(diào)，大60mm。
光輸出形式	沿光軸360°旋轉(zhuǎn)	沿光軸360°旋轉(zhuǎn)
平行光發(fā)散角	平均5 °	平均5 °

 

光譜曲線：

普通氙燈光譜范圍300-2500，紫外增強(qiáng)型氙燈光源光譜范圍200-2500nm。

 

 

1.2可調(diào)單色光源

軟件可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇、光柵選擇和濾光片輪控制，全自動(dòng)提供全光譜單色光，

設(shè)置起始波長(zhǎng)，終止波長(zhǎng)，步長(zhǎng)間隔，延遲時(shí)間等，點(diǎn)擊運(yùn)行即可，配合電化

學(xué)工作站等，方便測(cè)試ipce和IV等。

 

 

 

常用型號(hào)：

產(chǎn)品編號(hào)	300150	300300
光源	進(jìn)口氙燈
單色儀型號(hào)	Omno151	Omno302
光譜范圍(nm)	200-2500
輸出帶寬(nm，推薦)	2	1
輸出帶寬可調(diào)范圍(nm)	0.5-30	0.2-15
單色光輸出步長(zhǎng)	0.0045nm	0.0023nm
光柵1#	1200g/mm@300nm	1200g/mm@300nm
光柵2#	600g/mm@750nm	1200g/mm@500nm
光柵3#	-	600g/mm@750nm
濾光片使用范圍(nm)	200-1600
輸出光穩(wěn)定性	優(yōu)于0.5%

 

1.3選配光纖：

石英光纖芯徑(D) (mm)		0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.8
芯徑皮層外徑比		1：1.05，1：1.1，1：1.2，1：1.4
小彎曲半徑  (mm)		100D （短時(shí)間），300D（長(zhǎng)時(shí)間）
保護(hù)涂層外徑  (mm)		1.2-2.0
數(shù)值孔徑  (NA)		0.21-0.24
每米 透過 率%	紫外光 (0.25μm-0.4μm)	85-98
	可見光（0.4μm-0.7μm）	97-99
	近紅外（0.76μm-1.6μm）	90-99
	氦氖激光 (0.6328μm）	99
	YAG激光 （1.06μm）	98
	Ar離子(Ar+ laser) （0.5145μm）	98
傳輸功率   ( W/cm2)		≤800（D=0.5mm）（連續(xù)Nd:YAG激光）
特  點(diǎn)		優(yōu)異的光學(xué)性能，寬廣的傳光波段，優(yōu)越的機(jī)械性能和撓曲性，是氦氖激光、YAG激光等大功率激光傳輸?shù)睦硐氩牧?span lang="EN-US">

 

1.4選配光開關(guān)：

編號(hào)	通光孔徑（mm）	重量(g)
NBET-ES050	Ø5	113
NBET-ES125	Ø12.5	155
NBET-ES200	Ø20	235

 

 

 

 

  

 

 

2.反應(yīng)池選擇

石英光電解池Quartz Photoelectrochemical Cells，品種多樣，可定制。

除了在光電化學(xué)研究中應(yīng)用，石英電解池也廣泛應(yīng)用在溶劑體系研究中（如強(qiáng)堿）。

在某些體系中，普通硅硼酸玻璃將被腐蝕。 

2.1光電化學(xué)池 工作電片可快速拆裝，可準(zhǔn)確控制工作電面積；配有鉑絲電和氯化銀電；石英窗口直徑20mm，池內(nèi)容積5ml。有密封和非密封2種可選。	2.2光電化學(xué)池（非密封） 材質(zhì)：K9玻璃&聚四氟 特點(diǎn)：耐腐蝕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，石英片可拆裝更換，容積50、100、150ml可選。
2.3光電化學(xué)池（密封） 材質(zhì)：玻璃、聚四氟乙烯 特點(diǎn)：耐腐蝕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，石英片可拆裝更換。容積50、100、150ml可選。	2.4光電化學(xué)池型號(hào)（圖片中的電僅為展示用） 全石英熔融法制作，四面透光 聚四氟乙烯蓋子 電可按實(shí)驗(yàn)要求靈活組合排布，池尺寸50*50*50mm。
2.5可控溫光電化學(xué)池（密封) 玻璃池體+石英窗口(直徑24mm)，石英片可拆裝更換，可通過水浴控溫。	2.6可控溫光電化學(xué) 玻璃池體+石英窗口(直徑24mm) 石英片可拆裝更換，可通過水浴控溫，50、100、150ml可選。
2.7原位拉曼光譜電化學(xué)池 聚四氟乙烯精工雕琢而成，石英檢測(cè)口；工作電至石英窗口距離可調(diào)，配有鉑絲電和銀-氯化銀電。	2.8可控溫光電反應(yīng)器 玻璃池體+石英窗口(直徑24mm) 可通過水浴控溫，三電全密封體系 石英片可拆裝更換，離子膜可快速更換
2.9光譜電化學(xué)池 全石英熔融法制作，聚四氟乙烯蓋子；三電：鉑網(wǎng)電，鉑絲電，銀-氯化銀電。 容積：夾縫8*6.5*1mm和8*6.5*0.5mm	2.10雙通道電解池 玻璃池體+石英窗口（直徑24mm），雙光通道(同側(cè)或兩側(cè))；石英片可拆裝更換，離子膜可快速更換，容積50ml和100ml可選。
2.14蜂窩狀光譜電化學(xué)電解池

2.15石英電解池架

用于放置石英電解池，電解池架可以實(shí)現(xiàn)恒溫控制。

2.16變光程比色皿支架

于低吸收率測(cè)量和流動(dòng)樣品池實(shí)驗(yàn)中�？勺児獬痰奶匦允蛊鋺�(yīng)用非常靈活，如可以作為標(biāo)準(zhǔn)的10mm比色皿支架，也可以作為2mm濾光片支架，或增加光程到160mm。

技術(shù)數(shù)據(jù)

基座尺寸 (長(zhǎng) x 寬 x 高)	200 x 80 x 25 mm
光纖接頭	2個(gè)COL-UV/VIS準(zhǔn)直透鏡, SMA接頭
光程長(zhǎng)度	10-160 mm
比色皿支架內(nèi)部光路	對(duì)于10 mm比色皿光程為20 mm
焦點(diǎn)高度 >	距離基座底板15 mm
尺寸(長(zhǎng) x 寬 x 高)	200 x 96 x 62 mm

3.主流電化學(xué)工作站660E。

 

4.光譜檢測(cè)用光譜儀（推薦AvaSPEC ULS2048 型紫外-可見光譜儀）。

接收透過石英電解池的光信號(hào)并加以檢測(cè)