量子效率测试系统报告

进
点
设
电流
计
4、测试软件控制
下的各部件协
同工作，实现
自动化测控。
方案细化
AAA级太阳光模拟器
1）自制氙灯光源： ①光谱范围：300 – 2600nm； ②稳定性 < 0.5%③光斑直径 不小于25.4mm。
2）光路优化：保证每两次照射到相同面积的电池片 上光子数目不变。
3 ）测试软件开发：基于美国NI公司的Labview为平台， 代码执行效率高，数据采集速度快。
六、经济效益分析
QE测试系统各部件费用预算
预算科目名称 氙灯光源 光学器件 光栅光谱仪 斩波器 锁相放大器 恒温测试室 软件平台 不可预见费用 费用合计
预算费用（万元） 8 1 3 0.1 6 1 2 3
总计（万元） 8 1 3 0.1 6 1 2 3 24.1
目前进口一套QE测试系统需50万元人民币，在保障测试精度符合国家 及1EC标准情况下，平均一套设备可获利 50-24.1=25.9万元。
七、附件
粘贴单位以往成果
程控各部件，数据处理
自编精准测试软件
三、立项理由
新能源经济发展迅猛
图(1) 2005-2009年全球新增光伏装机量和增长率
图(2) 2005-2009年中国太阳能电池产量
全球光伏产业逐年呈现爆炸性增长，2009年底中国已经成为全球太阳能电池 生产第一大国。 光伏产业几何性增长，要求太阳电池相关测试更加快速、高效、精准。
四、实施方案
工艺路线
QE系统整体方案设计
光源部分
监测部分
分析部分
滤
凹
光
面
片
镜
滤
汇
除
聚
紫
光
外
源
光
光
信
信
谱
号
息
仪
放
处
分
大
理
出
及
单
操
色
作
光
测
获
试
得
软
修
件
正
分
因
析
子
数
据
QE系统的总装调试 交付使用
1、光源稳定性
结 合
2、光路修正
实
际
存 在 问 题 改
技 术 关 键
3、锁相检测与斩 波器同频率的 单色光产生的
2、内量子效率（Internal Quantum Efficiceny ） 考虑电池表面对光的反射R，简称IQE
EQE

# 载流子数/sec # 入射光子数/sec

Isc / e
p0 / h
(1 R)IQE
其中 Isc---短路电流 P0---入射光功率 h---普朗克常量 v---单色光频率
北京三尼阳光锁相放大器
4）高可靠性设计：外加一个校准探测器，满足复杂 测试条件（如光源不稳定、外界干扰等） 下的精度测试要求。
五、进度安排
进度安排
◆2011年03月~2011年05月 QE测试系统的理论研究； ◆2011年05月~2011年07月 项目策划及申报； ◆2011年07月~2011年11月 氙灯光源制作及校准； ◆2011年11月~2012年05月 QE测试系统组件选择、组合及系统光路设计； ◆2012年05月~2012年07月 QE测试系统自动化控制程序开发； ◆2012年07月~2012年08月 QE测试系统整体优化及性能提升； ◆2012年08月~2012年09月 完成第一批太阳能电池QE测试，以单晶硅太阳电池为主； ◆2012年09月~2012年10月 完成光谱拓宽后有机太阳电池、CIGS太阳电池的QE测试； ◆2012年10月~2012年11月 完成系统可靠性认证，完成复杂条件下QE的测试； ◆2012年11月~2012年12月 准备项目验收报告及文件，进行项目验收。
测试系统构成
QE测试系统等效原理图 锁相放大器
电流放大
全光谱连续光
光源
脉冲单色光
斩波器
计算机 单色仪
样品
部件
功能
系统创新点
光源 提供光强稳定的全光谱连续光 自制全光谱可调光源
斩波器
加固定频率于连续光
频率与锁相相匹配
单色仪
变脉冲光为单色光
选用国产件
锁相放大器 测试单色脉冲光下电池中电流 选用国产件
计算机
太阳电池的应用
二、测试系统简介
测试原理
单色光 R e-
某一波长的光照射在电池表面上时，每一光子平均所 能收集的载流子数目，称为太阳能电池的量子效率， 也成为光谱响应，简称QE。
1、外部量子效率（External Quantum Efficiceny） 不考虑电Fra Baidu bibliotek表面对光的反射R，简称EQE
单色光照射电池表面等效图
我们的优势
测试精度高：依据国家及IEC测试标准搭建测试系统， 采用标准太阳电池校准。
性价比高： 光源系自主开发、其他部件均为国产， 大大降低了整个系统成本。
QE测试系统实物图
高效测试程序：基于美国国家仪器公司的Labview 为开发平台开发测试软件，数据采 集速度高。
测试电池种类多：自制氙灯光源，拓宽了光源光谱 可满足晶体硅、非晶硅、有机、 染料敏化等太阳电池的测试要求。
太阳能电池外量子效率与性能 分析测试系统的研究
-----陈金星 2011.5.2
报告主要内容
一、太阳能电池简介 二、测试系统简介 三、立项理由 四、实施方案 五、进度安排 六、经济效益分析 七、附件
一、太阳能电池简介
太阳能电池原理
太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。能量大于半导体材料禁带宽 度光子被电池吸收后产生电子-空穴，在内建电场作用下电子-空穴对向两极移动，形成 光生电压，连接外电路可对负载做功。
太阳电池分类
太阳能电池
无机体系
无机有机 掺杂体系
有机体系
硅太阳 能电池
化合物半 导体电池
DSSC
其他
小分子 有机物
高分 子
1、目前硅基太阳电池是市场化最为成功的太阳电池之一，约占 整个市场份额的90%。 DSSC太阳电池、有机太阴电池是国内高 校研究重点。
2、材料不同，电池对光的吸收系数不同，在测试量子效率时要 根据材料选择合适光谱范围。