太陽能電池基本知識

太陽電池的光譜響應(yīng)和量子效率測試對提高生產(chǎn)工藝水平（例如制絨、擴散、背場等工藝）

和研究電池片的性能有重要的參考價值。太陽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λ 處，太陽能電池輸出的短路電流I（λ）與入射到

太陽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（AMN) 的光譜輻射曲線和電池片的光譜響應(yīng)曲線相乘并對電池片

的整個響應(yīng)波段進行積分得到的單位面積電池片在標(biāo)準(zhǔn)太陽（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（AMN) 照射下的短路電流:

Isc= Jsc（AMN)•S （ A）

比如在某個特定波長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概念：

透射率：電池片的透射光強度與入射光強度之比

t（ λ)=1/10=10%

反射率：電池片的反射光強度與入射光強度之比

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)測試與實際工藝性能的關(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

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

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

如果不達到95%說明材料也可能不夠好。

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

背場做好了，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明顯提高。

NBET-SPEC系列太陽能

電池量子效率測試系統(tǒng)

NBET-SPEC系列是一款基于太陽能電池量子效率測試的多功能實驗平臺。

用于測試太陽電池的光譜響應(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、有機太陽電池Organic

Solar Cell、聚合物太陽電池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：

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)，保證良好的波長準(zhǔn)確度和重復(fù)性，雜散光小，配自動濾光片輪，

消除多級光譜影響；

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

保證測量精度；

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

確保弱信號檢測，模式切換方便；

IQE 和EQE 同點同時測量；

針對不同的測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，對弱信號測試干擾��；

精密快門控制光路閉合；

可選恒溫、變溫設(shè)備，方便對電池片進行溫度控制；

可選真空吸附樣品測試臺，可定制專屬測試臺；

高性能信號自動切換控制，完成各類信號的切換；

可選光路監(jiān)視，有效扣除光源不穩(wěn)定帶來的測試誤差；

系統(tǒng)軟件：

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

自動掃描、信號放大、A/D、數(shù)據(jù)采集；

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

圖、表文件自動生成與顯示；

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)對比功能；

自動mapping；

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

系統(tǒng)應(yīng)用：

1.   晶體硅太陽電池測試 晶體硅太陽電池目前主要包括單晶硅、多晶硅電池，其特點是性能穩(wěn)定、市場化工藝成熟，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)品檢測的主要是針對此類應(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測試可以提供缺陷相關(guān)LBIC影像圖。     晶體硅太陽電池通常測試外量子效率、反射率、內(nèi)量子效率以及表面均勻性（mapping掃描）。
2. 非晶硅薄膜太陽電池測試     非晶硅薄膜太陽電池是目前市場上少數(shù)具有能力挑戰(zhàn)晶體硅電池主流地位的電池種類。它的主要特點是成本低廉，非常有利于太陽能的普及。   非晶硅薄膜太陽電池可以分為單結(jié)、雙結(jié)和三結(jié)等，每一個PN結(jié)都可以看做一個子電池。因此在測量時應(yīng)注意采用偏置光進行配合才能得到正確的結(jié)果。   非晶硅薄膜太陽電池通常測量外量子效率，多結(jié)電池需要測每個PN結(jié)的量子效率和短路電流密度。
3. 染料敏化太陽電池測試     染料敏化太陽電池（DSSC）是目前科研單位研究多的一種太陽電池，它通過染料吸收太陽光，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。   染料敏化太陽電池的響應(yīng)速度很慢，因此在進行QE測試的時候應(yīng)特別注意，通常采用直流方法測量。在特定的條件下，也可以采用交流方法測量。     染料敏化太陽電池通常只測量外量子效率。

4. 銅銦鎵硒太陽電池測試     銅銦鎵硒（CIGS）太陽電池是已經(jīng)初步市場化的一種新興太陽電池，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一步完善。   銅銦鎵硒太陽電池的光譜范圍比較寬，在條件允許的情況下，建議測到1400nm。   銅銦鎵硒太陽電池通常測量外量子效率、反射率、內(nèi)量子效率。
5. III-V族多元化合物太陽電池測試     III-V族多元化合物太陽電池主要是半導(dǎo)體類型的材料，包括GaAs、InGaP等。其特點是光譜響應(yīng)范圍寬，光電轉(zhuǎn)化能力強，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合。   半導(dǎo)體類型的太陽電池通常測試外量子效率、反射率、內(nèi)量子效率。多結(jié)電池的測試與非晶硅電池類似，但光譜范圍更寬，一般測到1700nm左右。
6. 有機太陽電池測試 有機太陽電池具有低成本、易制備的優(yōu)勢，目前仍處在研究階段，是科研單位非常關(guān)注的一種新興太陽電池種類。   有機太陽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。   有機太陽電池通常測外量子效率、透反射率、內(nèi)量子效率等

規(guī)格指南：

NBET-IV太陽能

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

有效、被廣泛應(yīng)用的一種方法。通過測量IV特性曲線，并進一步進行

數(shù)據(jù)分析處理，可以直接了解到光伏器件的各項物理性能，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)。

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

主要特點：
完整IV特性測量和分析解決方案
測試方法符合IEC
探針陰影小化，減小測量誤差
溫度控制功能，IEC標(biāo)準(zhǔn)測試條件
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
報表打印功能，自動生成完整的測試報告

主要功能：
1）測量光照條件和暗條件下的IV曲線；
2）測量開路電壓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)測量條件校正功能（IEC標(biāo)準(zhǔn)）
5）標(biāo)準(zhǔn)太陽電池校正功能。

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、參比和對電）

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

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

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

NBET-PEC4000 光電化學(xué)反應(yīng)測試裝置

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)換測量；光電化學(xué)電池的光

電轉(zhuǎn)化測量；光電化學(xué)合成和富集。由于系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，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)合起來同時進行測量的方法。

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

密相關(guān)，研究對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、操作簡便、分析速度快、應(yīng)用廣泛等特點。將它與電化學(xué)方法聯(lián)用，在進行電化

學(xué)研究的同時，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）瞬時化學(xué)組分或平衡光譜的測量；

（2）電活性物質(zhì)還原電位的測定；

（3）電化學(xué)動力學(xué)的測量；

（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，紫外增強型氙燈光源光譜范圍200-2500nm。

 

 

1.2可調(diào)單色光源

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

設(shè)置起始波長，終止波長，步長間隔，延遲時間等，點擊運行即可，配合電化

學(xué)工作站等，方便測試ipce和IV等。

 

 

 

常用型號：

產(chǎn)品編號	300150	300300
光源	進口氙燈
單色儀型號	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	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 （短時間），300D（長時間）
保護涂層外徑  (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		優(yōu)異的光學(xué)性能，寬廣的傳光波段，優(yōu)越的機械性能和撓曲性，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	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：耐腐蝕、結(jié)構(gòu)簡單、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：耐腐蝕、結(jié)構(gòu)簡單、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（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 電可按實驗要求靈活組合排布，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，電解池架可以實現(xiàn)恒溫控制。

2.16變光程比色皿支架

于低吸收率測量和流動樣品池實驗中�？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 x 寬 x 高)	200 x 80 x 25 mm
光纖接頭	2個COL-UV/VIS準(zhǔn)直透鏡, SMA接頭
光程長度	10-160 mm
比色皿支架內(nèi)部光路	對于10 mm比色皿光程為20 mm
焦點高度 >	距離基座底板15 mm
尺寸(長 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并加以檢測