[發明專利]一種普適的太陽能電池外量子效率交流測量方法

無效

• 申請號: 200910233755.5
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN101710171A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 于濤;薛國剛;田志鵬;田漢民;鄒志剛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G01J1/42
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明涉及半導體材料應用領域和測試領域，尤其是太陽能電池外量子效率或入 射單色光光電轉換效率的測試，為一種普適的太陽能電池外量子效率交流測量方法。

背景技術

能源是人類社會存在和賴以發展的物質基礎。隨著人類社會的不斷發展，尤其是 二戰之后，世界經濟進入了全新的發展時期，對能源的需求也與日俱增，煤炭、石油、 天然氣等礦物能源被大量的消耗，人類面臨日益嚴峻的能源危機和環境危機。由于能 源消費構成的不同，發展中國家面臨的問題尤為嚴重。以中國為例，2006年的統計數 據顯示：煤炭占一次能源消費構成的69.7％，石油占20.3％，天然氣占3％。目前，加 快開發與利用風能、太陽能等可再生能源已成為國際社會的共識。其中，太陽能取之 不盡，用之不竭，且不受地域限制而備受矚目。近些年，太陽能光伏發電產業增長迅 速，造就了無錫尚德、天威英利、南京中電等著名企業。

光伏發電的基本單元是太陽能電池，所以要提高太陽能的利用效率，就需要太陽 能電池具有較高的光電轉化效率。國際上，相繼發展了單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷 化鎵、碲化鎘、銅銦鎵錫等無機物太陽能電池，其中砷化鎵多結電池的實驗室效率已 達40.7％。另外，為了更好的利用太陽能，要求太陽能電池具有低廉的制作成本，相繼 出現了染料敏化太陽能電池、有機小分子太陽能電池和有機聚合物太陽能電池。

一塊太陽能電池質量的高低，最關鍵的指標是光電轉換效率。科研實驗室和工業 界采用各種手段來優化其各項性能參數，例如晶體硅電池，對其上表面進行織構化、 蒸鍍減反射膜以增加對太陽光的吸收，目的是提高光電轉換效率。對太陽能電池光電 轉換性能的表征，目前主要有兩種測量手段。一是，在標準太陽光模擬器照射下，對 太陽能電池進行I-V曲線測量，得到開路電壓、短路電流、填充因子、光電轉換效率 等各項參數；二是，入射光源經單色儀分光之后得到一定強度的單色光，然后測量太 陽能電池在不同波長單色光下的外量子效率和內量子效率。前一種測量手段是宏觀的， 后一種測量手段是微觀的，后一種手段能提供更為豐富的信息，對于太陽能電池的研 究顯得尤為重要。例如，可以從外量子效率曲線上得到某種太陽能電池對太陽光的波 長響應范圍；對比某種太陽能電池優化前后的兩條外量子效率曲線，可以明顯看到在 哪些波段發生了變化，進一步可以確定變化的量值；甚至可以藉此做一部分太陽能電 池機理的研究工作。

太陽能電池單波長量子效率的測量分為兩種，一種為直流測量法，另一種為交流測 量法。但是目前的交流測量法大多參數測量設備成本較高，測量信號強度不足，精度不 高，可靠性也不穩定。現有的交流測量法存在一個較大的問題是，測量過程中光學斬波 器的斬波頻率會和太陽能電池的內部電容產生耦合，尤其是對一些電容特性比較顯著的 太陽能電池，比如染料敏化太陽能電池，影響測量結果；另外一個問題是現有的交流測 量法采用一塊已經標定過的電池進行對比測量，這種方法容易產生二次誤差。

發明內容

本發明要解決的問題是：現有太陽能電池的量子效率測量方法測量設備精度不能滿 足需求，需要提供一種簡單易行，高精度，高效率的太陽能電池量子效率測量方法。

本發明的技術方案為：一種普適的太陽能電池外量子效率交流測量方法，包括以下 步驟：

1)、準備測量裝置，包括氙燈光源、聚焦透鏡、單色儀、光學斬波器、鎖相放大 器、單色光功率計、微計算機和樣品架，聚焦透鏡采用石英平凸透鏡，樣品架用于固 定太陽能電池，樣品架內置電子溫控裝置和取樣電阻，取樣電阻短接在太陽能電池正 負極兩端；

2)、利用汞燈光譜的特征譜線校準單色儀，首先校準0級，其次校準1級：任選 一條汞的特征譜線校準；

3)、調節氙燈光源，氙燈光源出射平行光，經石英平凸透鏡二次聚焦在單色儀的 入射狹縫處，入射光經單色儀分光，分光裝置為3塊互成60°夾角的閃耀光柵，得到的 單色光匯聚后，由單色儀的出射狹縫射出，垂直入射到待測太陽能電池的光敏面上， 同時固定太陽能電池受光面積的大小，使入射單色光覆蓋光敏面，這里入射單色光是 指單色儀的輸出光；

4)、以太陽光模擬器作為偏置光源，用標準硅電池對偏置光進行標定，偏置光符 合AM?1.5，偏置光覆蓋太陽能電池整個表面，通過樣品架內置電子控溫裝置保持測試 溫度在25±2℃；