如何測(cè)量量子效率？

如何測(cè)量量子效率曲線(xiàn)的流程圖描述了使用系統(tǒng)測(cè)量太陽(yáng)能電池的量子效率（QE），特別是外部量子效率（EQE）和內(nèi)部量子效率（IQE）的程序。以下是流程圖中概述的步驟的說(shuō)明：

1. 波長(zhǎng)設(shè)置：

   初始步驟涉及配置系統(tǒng)以測(cè)試特定波長(zhǎng)。此設(shè)置將確定在測(cè)量過(guò)程中分析光譜的哪一部分。以QE-R系統(tǒng)為例，可以從軟件設(shè)置頁(yè)面設(shè)置從300nm到1100nm，以10nm為步進(jìn)。

2. 系統(tǒng)開(kāi)機(jī)：

   系統(tǒng)開(kāi)機(jī)開(kāi)始測(cè)量過(guò)程。QE測(cè)量系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間通常為幾十分鐘。以QE-R系統(tǒng)為例，建議燈管預(yù)熱時(shí)間為15分鐘至30分鐘。較長(zhǎng)的燈蠕蟲(chóng)時(shí)間可以提供更好的穩(wěn)定數(shù)據(jù)采集和重復(fù)性結(jié)果。

3. 燈校準(zhǔn)：

   在測(cè)量測(cè)試電池之前，對(duì)系統(tǒng)中用作光源的燈進(jìn)行校準(zhǔn)。這確保了測(cè)量的光強(qiáng)度和光譜準(zhǔn)確且一致。

4. 設(shè)置參考池：

   在系統(tǒng)中設(shè)置具有已知量子效率的參考池。該單元用于校準(zhǔn)系統(tǒng)并提供測(cè)量基線(xiàn)。

5. 測(cè)試電池測(cè)量：

   然后測(cè)量正在測(cè)試的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池或器件。這是收集實(shí)際量化寬松數(shù)據(jù)的地方。

6. EQE 或 IQE 結(jié)果：

   處理測(cè)試電池測(cè)量的結(jié)果以確定 EQE 或 IQE。EQE 是收集到的電荷載流子數(shù)量與入射到電池上的光子數(shù)量的比率，而 IQE 僅考慮電池吸收的光子。

7. Jsc 計(jì)算：

   根據(jù) QE 數(shù)據(jù)計(jì)算短路電流密度 (Jsc)。Jsc是太陽(yáng)能電池性能的一個(gè)重要參數(shù)，代表電池在無(wú)外部負(fù)載（零電壓）情況下工作時(shí)的電流密度。測(cè)量EQE曲線(xiàn)后，QE-R可以自動(dòng)進(jìn)行Jsc計(jì)算。

必須注意的是，基于被測(cè)波長(zhǎng)的程序：

• 對(duì)于小于或等于 1100 nm 的波長(zhǎng)，僅使用硅光電二極管 (Si PD)。

• 對(duì)于大于 1100 nm 的波長(zhǎng)，測(cè)量從硅開(kāi)始，然后過(guò)渡到鍺光電二極管 (Ge PD)。

之所以做出這種區(qū)別，是因?yàn)楣韫怆姸O管通常用于可見(jiàn)光到近紅外范圍（最高約 1100 nm）的波長(zhǎng)，而鍺光電二極管對(duì)于紅外光譜中的較長(zhǎng)波長(zhǎng)更有效。

什么是太陽(yáng)能電池的量子效率分析？

太陽(yáng)能電池的量子效率 (QE) 分析是一種用于評(píng)估太陽(yáng)能電池將入射光轉(zhuǎn)換為電能的效率的方法。該分析涉及兩種主要類(lèi)型的量化寬松：

1. 外部量子效率 (EQE)

   ：EQE 測(cè)量轉(zhuǎn)化為電子并貢獻(xiàn)電流的入射光子的比例。它考慮了到達(dá)太陽(yáng)能電池的所有光子，包括那些因不參與發(fā)電的層的反射和吸收而損失的光子。

2. 內(nèi)部量子效率（IQE）

   ：另一方面，IQE關(guān)注太陽(yáng)能電池材料本身的效率，忽略其他層的反射和吸收等損失。它測(cè)量被吸收的光子轉(zhuǎn)化為電子的比例。

量子效率分析對(duì)于確定不同波長(zhǎng)的光發(fā)電效率以及確定太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)和材料的改進(jìn)領(lǐng)域至關(guān)重要。它有助于了解太陽(yáng)能電池的性能限制并指導(dǎo)更高效光伏技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

圖為QE-RX和 Loss-Analysis 軟件界面，用于根據(jù)量子效率測(cè)量結(jié)果分析太陽(yáng)能電池的短路電流 (Jsc) 損耗。該界面提供了影響太陽(yáng)能電池 Jsc 的各種損耗因素的直觀(guān)分解，例如基極收集損耗、近紅外 (NIR) 寄生吸收、前表面逃逸、抗反射涂層 (ARC) 反射率、藍(lán)光損耗、和金屬陰影。

圖像的左側(cè)部分顯示了顏色編碼圖表，可能代表不同波長(zhǎng)的量子效率，其中不同的顏色對(duì)應(yīng)于不同的損耗機(jī)制。右側(cè)部分顯示條形圖，定量比較這些損失的大小。

這種分析對(duì)于太陽(yáng)能電池優(yōu)化至關(guān)重要，使研究人員和工程師能夠識(shí)別和解決特定損耗，以提高太陽(yáng)能電池的整體效率。它清楚地表明太陽(yáng)能電池內(nèi)的哪些過(guò)程導(dǎo)致效率下降最顯著，從而指導(dǎo)進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)工作。

太陽(yáng)能電池的效率與量子效率有何區(qū)別？

Enlitech 參考電池

太陽(yáng)能電池的效率是電能輸出與進(jìn)入太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)光功率的比率。它衡量太陽(yáng)能電池將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的能力，并以百分比表示。其計(jì)算公式為：

通常，太陽(yáng)能電池的效率是根據(jù) IV 曲線(xiàn)計(jì)算的。

您上傳的圖像中的公式表示太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率 ( η )。它定義為輸出功率 ( Pout ) 與輸入功率 ( Pin )的比率：

• Pout（或Pm）是最大功率輸出，它是最大功率點(diǎn)處的電流（Imp）和最大功率點(diǎn)處的電壓（Vmp）的乘積。• Pin是輸入功率，由總輻照度 ( E ) 和太陽(yáng)能電池面積 ( Acell ) 的乘積表示。

效率還可以用太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓 ( Voc )、短路電流 ( sc ) 和填充因子 (FF) 來(lái)表示，填充因子是最大功率與Voc和Isc的乘積之比：

該公式是確定太陽(yáng)能電池如何有效地將入射陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵，這對(duì)于評(píng)估和改進(jìn)太陽(yáng)能電池技術(shù)至關(guān)重要。

另一方面，量子效率（QE）與太陽(yáng)能電池將光子轉(zhuǎn)換為電子的效率有關(guān)。它是描述每個(gè)入射光子產(chǎn)生的電荷載流子（電子和空穴）數(shù)量的比率或百分比。QE 通常在整個(gè)太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，并提供太陽(yáng)能電池性能的各個(gè)波長(zhǎng)的說(shuō)明。

量化寬松有兩種類(lèi)型：

1. 外部量子效率 (EQE)：

   EQE 測(cè)量太陽(yáng)能電池輸出的電子數(shù)量相對(duì)于撞擊太陽(yáng)能電池表面的光子數(shù)量，考慮所有損失，包括反射、吸收或無(wú)助于發(fā)電的光子。

2. 內(nèi)部量子效率（IQE）：

   IQE測(cè)量太陽(yáng)能電池輸出的電子數(shù)量相對(duì)于太陽(yáng)能電池實(shí)際吸收的光子數(shù)量。它提供有關(guān)太陽(yáng)能電池材料本身效率的信息，不包括非活性層的反射或吸收等損失。

雖然太陽(yáng)能電池的整體效率可以快速反映其功率轉(zhuǎn)換能力，但量子效率可以更詳細(xì)地了解電池內(nèi)光子損失或利用的位置，這對(duì)于太陽(yáng)能電池材料和設(shè)計(jì)的研究和改進(jìn)至關(guān)重要。

待續(xù)：光伏量子效率的15個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題——每位光伏研究者都應(yīng)閱讀_PART3

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