量子效率測試系統(tǒng)報告

太陽能電池外量子效率與性能分析測試系統(tǒng)的研究

-----陳金星

2011.5.2報告主要內(nèi)容一、太陽能電池簡介二、測試系統(tǒng)簡介三、立項理由四、實施方案五、進度安排六、經(jīng)濟效益分析七、附件一、太陽能電池簡介太陽能電池原理太陽能電池是通過光電效應直接把光能轉化成電能的裝置。能量大于半導體材料禁帶寬度光子被電池吸收后產(chǎn)生電子-空穴，在內(nèi)建電場作用下電子-空穴對向兩極移動，形成光生電壓，連接外電路可對負載做功。太陽電池分類太陽能電池無機有機摻雜體系有機體系無機體系硅太陽能電池化合物半導體電池DSSC其他小分子有機物高分子1、目前硅基太陽電池是市場化最為成功的太陽電池之一，約占整個市場份額的90%。DSSC太陽電池、有機太陰電池是國內(nèi)高校研究重點。2、材料不同，電池對光的吸收系數(shù)不同，在測試量子效率時要根據(jù)材料選擇合適光譜范圍。太陽電池的應用二、測試系統(tǒng)簡介測試原理

某一波長的光照射在電池表面上時，每一光子平均所能收集的載流子數(shù)目，稱為太陽能電池的量子效率，也成為光譜響應，簡稱QE。1、外部量子效率（ExternalQuantumEfficiceny）

不考慮電池表面對光的反射R，簡稱EQE2、內(nèi)量子效率（InternalQuantumEfficiceny）

考慮電池表面對光的反射R，簡稱IQEe-R單色光單色光照射電池表面等效圖其中Isc---短路電流P0---入射光功率h---普朗克常量v---單色光頻率測試系統(tǒng)構成光源斬波器鎖相放大器計算機單色儀電流放大樣品全光譜連續(xù)光脈沖單色光QE測試系統(tǒng)等效原理圖部件光源功能系統(tǒng)創(chuàng)新點提供光強穩(wěn)定的全光譜連續(xù)光自制全光譜可調(diào)光源斬波器加固定頻率于連續(xù)光頻率與鎖相相匹配單色儀變脈沖光為單色光選用國產(chǎn)件鎖相放大器測試單色脈沖光下電池中電流選用國產(chǎn)件計算機程控各部件，數(shù)據(jù)處理自編精準測試軟件三、立項理由新能源經(jīng)濟發(fā)展迅猛圖(1)2005-2009年全球新增光伏裝機量和增長率

圖(2)2005-2009年中國太陽能電池產(chǎn)量

全球光伏產(chǎn)業(yè)逐年呈現(xiàn)爆炸性增長，2009年底中國已經(jīng)成為全球太陽能電池生產(chǎn)第一大國。光伏產(chǎn)業(yè)幾何性增長，要求太陽電池相關測試更加快速、高效、精準。我們的優(yōu)勢QE測試系統(tǒng)實物圖測試精度高：依據(jù)國家及IEC測試標準搭建測試系統(tǒng)，采用標準太陽電池校準。

性價比高：光源系自主開發(fā)、其他部件均為國產(chǎn)，大大降低了整個系統(tǒng)成本。高效測試程序：基于美國國家儀器公司的Labview

為開發(fā)平臺開發(fā)測試軟件，數(shù)據(jù)采集速度高。測試電池種類多：自制氙燈光源，拓寬了光源光譜可滿足晶體硅、非晶硅、有機、染料敏化等太陽電池的測試要求。四、實施方案工藝路線QE系統(tǒng)整體方案設計光源部分分析部分監(jiān)測部分濾光片濾除紫外光凹面鏡匯聚光源光譜儀分出單色光信息處理及操作測試軟件分析數(shù)據(jù)獲得修正因子信號放大QE系統(tǒng)的總裝調(diào)試交付使用結合實際存在問題改進設計技術關鍵點1、光源穩(wěn)定性2、光路修正3、鎖相檢測與斬波器同頻率的單色光產(chǎn)生的電流4、測試軟件控制下的各部件協(xié)同工作，實現(xiàn)自動化測控。方案細化AAA級太陽光模擬器北京三尼陽光鎖相放大器1）自制氙燈光源：①光譜范圍：300–2600nm；②穩(wěn)定性<0.5%③光斑直徑不小于25.4mm。2）光路優(yōu)化：保證每兩次照射到相同面積的電池片上光子數(shù)目不變。

3）測試軟件開發(fā)：基于美國NI公司的Labview為平臺，代碼執(zhí)行效率高，數(shù)據(jù)采集速度快。4）高可靠性設計：外加一個校準探測器，滿足復雜測試條件（如光源不穩(wěn)定、外界干擾等）下的精度測試要求。五、進度安排進度安排◆2011年03月~2011年05月QE測試系統(tǒng)的理論研究；◆2011年05月~2011年07月項目策劃及申報；◆2011年07月~2011年11月氙燈光源制作及校準；◆2011年11月~2012年05月QE測試系統(tǒng)組件選擇、組合及系統(tǒng)光路設計；◆2012年05月~2012年07月QE測試系統(tǒng)自動化控制程序開發(fā)；◆2012年07月~2012年08月QE測試系統(tǒng)整體優(yōu)化及性能提升；◆2012年08月~2012年09月完成第一批太陽能電池QE測試，以單晶硅太陽電池為主；◆2012年09月~2012年10月完成光譜拓寬后有機太陽電池、CIGS太陽電池的QE測試；◆2012年10月~2012年11月完成系統(tǒng)可靠性認證，完成復雜條件下QE的測試；◆2012年11月~2012年12月準備項目驗收報告及文件，進行項目驗收。六、經(jīng)濟效益分析QE測試系統(tǒng)各部件費用預算預算科目名稱預算費用（萬元）總計（萬元）氙燈光源88光學器件11光柵光譜儀33斬波器0.10.1鎖相放