量子效率测试系统报告

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有机掺杂体系有机体系无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。太阳电池的应用二、测试系统简介测试原理

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（ExternalQuantumEfficiceny）

不考虑电池表面对光的反射R，简称EQE2、内量子效率（InternalQuantumEfficiceny）

考虑电池表面对光的反射R，简称IQEe-R单色光单色光照射电池表面等效图其中Isc---短路电流P0---入射光功率h---普朗克常量v---单色光频率测试系统构成光源斩波器锁相放大器计算机单色仪电流放大样品全光谱连续光脉冲单色光QE测试系统等效原理图部件光源功能系统创新点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。我们的优势QE测试系统实物图测试精度高：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。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。四、实施方案工艺路线QE系统整体方案设计光源部分分析部分监测部分滤光片滤除紫外光凹面镜汇聚光源光谱仪分出单色光信息处理及操作测试软件分析数据获得修正因子信号放大QE系统的总装调试交付使用结合实际存在问题改进设计技术关键点1、光源稳定性2、光路修正3、锁相检测与斩波器同频率的单色光产生的电流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级太阳光模拟器北京三尼阳光锁相放大器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。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。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预算费用（万元）总计（万元）氙灯光源88光学器件11光栅光谱仪33斩波器0.10.1锁相放