量子效率測(cè)試系統(tǒng)報(bào)告

太陽(yáng)能電池外量子效率與性能分析測(cè)試系統(tǒng)的研究

-----陳金星

2011.5.2報(bào)告主要內(nèi)容一、太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介二、測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介三、立項(xiàng)理由四、實(shí)施方案五、進(jìn)度安排六、經(jīng)濟(jì)效益分析七、附件一、太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介太陽(yáng)能電池原理太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。能量大于半導(dǎo)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(chǎng)作用下電子-空穴對(duì)向兩極移動(dòng)，形成光生電壓，連接外電路可對(duì)負(fù)載做功。太陽(yáng)電池分類太陽(yáng)能電池?zé)o機(jī)有機(jī)摻雜體系有機(jī)體系無(wú)機(jī)體系硅太陽(yáng)能電池化合物半導(dǎo)體電池DSSC其他小分子有機(jī)物高分子1、目前硅基太陽(yáng)電池是市場(chǎng)化最為成功的太陽(yáng)電池之一，約占整個(gè)市場(chǎng)份額的90%。DSSC太陽(yáng)電池、有機(jī)太陰電池是國(guó)內(nèi)高校研究重點(diǎn)。2、材料不同，電池對(duì)光的吸收系數(shù)不同，在測(cè)試量子效率時(shí)要根據(jù)材料選擇合適光譜范圍。太陽(yáng)電池的應(yīng)用二、測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介測(cè)試原理

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

不考慮電池表面對(duì)光的反射R，簡(jiǎn)稱EQE2、內(nèi)量子效率（InternalQuantumEfficiceny）

考慮電池表面對(duì)光的反射R，簡(jiǎn)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(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成光源斬波器鎖相放大器計(jì)算機(jī)單色儀電流放大樣品全光譜連續(xù)光脈沖單色光QE測(cè)試系統(tǒng)等效原理圖部件光源功能系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)提供光強(qiáng)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(guó)產(chǎn)件鎖相放大器測(cè)試單色脈沖光下電池中電流選用國(guó)產(chǎn)件計(jì)算機(jī)程控各部件，數(shù)據(jù)處理自編精準(zhǔn)測(cè)試軟件三、立項(xiàng)理由新能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛圖(1)2005-2009年全球新增光伏裝機(jī)量和增長(zhǎng)率

圖(2)2005-2009年中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量

全球光伏產(chǎn)業(yè)逐年呈現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)，2009年底中國(guó)已經(jīng)成為全球太陽(yáng)能電池生產(chǎn)第一大國(guó)。光伏產(chǎn)業(yè)幾何性增長(zhǎng)，要求太陽(yáng)電池相關(guān)測(cè)試更加快速、高效、精準(zhǔn)。我們的優(yōu)勢(shì)QE測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖測(cè)試精度高：依據(jù)國(guó)家及IEC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)搭建測(cè)試系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池校準(zhǔn)。

性價(jià)比高：光源系自主開(kāi)發(fā)、其他部件均為國(guó)產(chǎn)，大大降低了整個(gè)系統(tǒng)成本。高效測(cè)試程序：基于美國(guó)國(guó)家儀器公司的Labview

為開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)測(cè)試軟件，數(shù)據(jù)采集速度高。測(cè)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(jī)、染料敏化等太陽(yáng)電池的測(cè)試要求。四、實(shí)施方案工藝路線QE系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)光源部分分析部分監(jiān)測(cè)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(cè)試軟件分析數(shù)據(jù)獲得修正因子信號(hào)放大QE系統(tǒng)的總裝調(diào)試交付使用結(jié)合實(shí)際存在問(wèn)題改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)1、光源穩(wěn)定性2、光路修正3、鎖相檢測(cè)與斬波器同頻率的單色光產(chǎn)生的電流4、測(cè)試軟件控制下的各部件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)控。方案細(xì)化AAA級(jí)太陽(yáng)光模擬器北京三尼陽(yáng)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?jī)纱握丈涞较嗤娣e的電池片上光子數(shù)目不變。

3）測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)：基于美國(guó)NI公司的Labview為平臺(tái)，代碼執(zhí)行效率高，數(shù)據(jù)采集速度快。4）高可靠性設(shè)計(jì)：外加一個(gè)校準(zhǔn)探測(cè)器，滿足復(fù)雜測(cè)試條件（如光源不穩(wěn)定、外界干擾等）下的精度測(cè)試要求。五、進(jìn)度安排進(jìn)度安排◆2011年03月~2011年05月QE測(cè)試系統(tǒng)的理論研究；◆2011年05月~2011年07月項(xiàng)目策劃及申報(bào)；◆2011年07月~2011年11月氙燈光源制作及校準(zhǔn)；◆2011年11月~2012年05月QE測(cè)試系統(tǒng)組件選擇、組合及系統(tǒng)光路設(shè)計(jì)；◆2012年05月~2012年07月QE測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)化控制程序開(kāi)發(fā)；◆2012年07月~2012年08月QE測(cè)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(yáng)能電池QE測(cè)試，以單晶硅太陽(yáng)電池為主；◆2012年09月~2012年10月完成光譜拓寬后有機(jī)太陽(yáng)電池、CIGS太陽(yáng)電池的QE測(cè)試；◆2012年10月~2012年11月完成系統(tǒng)可靠性認(rèn)證，完成復(fù)雜條件下QE的測(cè)試；◆2012年11月~2012年12月準(zhǔn)備項(xiàng)目驗(yàn)收?qǐng)?bào)告及文件，進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收。六、經(jīng)濟(jì)效益分析QE測(cè)試系統(tǒng)各部件費(fèi)用預(yù)算預(yù)算科目名稱預(yù)算費(fèi)用（萬(wàn)元）總計(jì)（萬(wàn)元）氙燈光源88光學(xué)器件11光柵光譜儀33斬波器0.10.1鎖相放