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SolarCellScan 100太阳能电池量子效率测试系统-rev3


SolarCellScan 100系列 系列 太阳能电池量子效率测量系统

北京卓立汉光仪器有限公司 2011.01.11

一.系统功能简介 二.系统性能 三.系统特点说明 三 系统特点说明 四.其他专用机型简介 四 其他专用机型简介

一. 系统功能简介 统功能简介
SolarCellScan 100是一款用于太阳能电池测试的实验平台。 可以实现测试太阳能电池的:光谱响应度 外量子效率 内 光谱响应度、外量子效率、内 量子效率、反射率、表面均匀度、短路电流密度 等 适用于各种太阳能电池
包括:单晶硅Si、多晶硅mc-Si、非晶硅α-Si、砷化镓GaAs、镓铟 磷GaInP 磷化铟InP 锗Ge 碲化镉CdTe 铜铟硒CIS 铜铟镓硒 磷GaInP、磷化铟InP、锗Ge、碲化镉CdTe、铜铟硒CIS、铜铟镓硒 CIGS、染料敏化DSSC、有机太阳电池Organic Solar Cell、聚合物 y 太阳电池Polymer Solar Cell等

适用于多种结构的太阳电池
包括:单结Single junction、多结multi junction、薄膜thin film 等

单晶硅

染料敏化

三结GaAs

基本概念介绍
量子效率(QE):定义为光子入射到光敏面产生的载流子的百 分 分比 Quantum Efficiency (QE) is a quantity defined as the percentage of photons hitting the photoreactive surface that will produce an electron–hole pair 外量子效率(EQE):定义为入射的光子使器件产生载流子的百 分比 内 子效率( Q ) 定义 吸收 光子使 件产 载 子 内量子效率(IQE):定义为吸收的光子使器件产生载流子的百 分比 内量子效率和外量子效率的差别在于是否考虑器件对入射光 子的吸收

基本名词介绍 本 词介
多结太阳电池(Multi-junction Solar Cell): 多结太阳电池是太阳电池的一个子类别,它们由多个薄膜 层组成。每个薄膜层对于太阳光的部分波段有较高的吸收 效率。通过仔细选择合适的薄膜层,可以使整个多结太阳 电池捕捉到更宽光谱范围的太阳光,从而得到更多光电子, 达到提升效率的目的。 达到提升效率的 的 多结太阳电池有时候也可称为叠层太阳电池(Tandem Cell)

二.系统性能
系统灵敏度:QE测量能力最小可达 0.1%

系统重复性:300~400nm <0.6% 400~1000nm <0.3% 400 1000 0 3% 1000nm以上 <0.6%

5次测量结果,每次间隔1小时 5次测量结果 每次间隔1小时

三.系统特点说明 三 系统特点说明
1. 2. 3. 4. 5. 5 6. 7. 8. 9. 全光谱太阳光模拟,双光源任选 光谱太阳光模拟 光源任 光强监视选项,测试结果稳定性更稳定 垂直全反射光路,光斑大小可调 开放式偏置光路特别适合多结及多层膜电池测量 一键式全自动多结电池测试可选 交/直流测量模式任选 漫反射率/透射率测试功能可选 Q QE/IPCE & Jsc计算功能可选 专业化的样品夹持器可选 XY电动调整台和Mapping功能可选

全光谱太阳光模拟,双光源任选

系统不仅适用于常规的可见光范围电池材料,也可用于近红外 光谱范围的新型太阳能电池材料研究。 系统一次性覆盖太阳光谱范围,扩展系统测量范围时无需另外 升级光源和单色仪子系统 系统具备双光源选项 可配置氙灯和溴钨灯两种灯源 匹配 系统具备双光源选项,可配置氙灯和溴钨灯两种灯源,匹配 IEC-60904的标准要求

光强监视选项,测试结果更稳定
系统光源的波动会带来测试结果的噪声 光源波动带来的噪声无法通过锁相放大的方式去除 光强监视附件监控光源波动,并对测试结果做校正 光强监视附件可提高测试结果的稳定性30%以上 普通测试光路 光强监视光路

光源

样品

光源
监视 探测器

样品

信号反馈

:信号噪声水平

垂直全反射光路,光斑大小可调 反射光路 光 大
样品水平放置,操作方便, 定位准确,测试重复性好 全反射光路,无色差 测试光斑2~10mm可调节 适用于各种类型的太阳能 电池测试,特别适合染料 敏化太阳电池

偏置光源和开放式平行光路
叠层/多结太阳能电池测试专用 独立偏置光源配合滤光片架可以方便的 调节偏置光条件,是测试多结电池QE特 性的有用工具 平行光路 根据实验需要 可以在光路中方便的加 根据实验需要,可以在光路中方便的加 入滤光片或衰减片对偏置光进行调整 双路独立偏置光源可选 第二路为50W溴钨灯 电动偏置光滤光片轮附件可选,实现一键式 多结太阳电池全自动测量

双结非晶硅样品
第一结: 偏置光配800nm 高通滤光片; 第二结: 偏置光配500nm 第二结 偏置光配500 低通滤光片。

三结G A 化合物 I G P/G A /GE GaAs InGaP/GaAs/GE
第一结:偏置光配700nm高通滤光片; 第二结:偏置光配700~900nm带通滤光片; 第三结:偏置光配900nm低通滤光片。 第三结 偏置光配 低通滤光片

三结非晶硅样品
第二结测试采用双路偏置光源, 第 结测试采用双路偏置光源 一路配500nm低通滤光片,一路配850nm高通滤光片

交/直流测量模式
交流测量模式适用于响应速度较 快的太阳电池
如: 单晶硅、多晶硅、非晶硅, CdTe,CIGS,GaAs等

直流测量模式配合光学暗室适用 于响应速度较慢的太阳电池
如染料敏化、有机太阳电池等

直流测量模式的灵敏度足够高
如右图,样品有机电池已老化,转 换效率低于0.1%,用系统的直流模 式依然可以测到准确的QE曲线

* 关于染料敏化太阳电池QE测试
右图显示DSSC在AC/DC模式 下测试的结果 AC模式下测试结果与斩波频 模式下测试结果与斩波频 率有关,频率越高测量结果 越比真实值偏小 DC模式下提供500pA的测试 灵敏度,足够保证测试需要

漫反射率/透射率测量功能
内量子效率测量需要漫反射率和透 射率 漫反射率标准板,反射率17%左右, 接近太阳电池,减小测量误差 接 太 电 减 差 标准硅探测器和InGaAs探测器覆盖 300 1700nm光谱范围 300~1700nm光谱范围

QE/IPCE & Jsc 计算功能
Jsc: 短路电流密度,是指单位 面积下的器件产生的短路电流 SolarCellScan 100 提供 Jsc 计算 功能,给光伏器件的性能评估提 供参考指标 典型硅基太阳电池的Jsc大约为 35mA/cm2

专业化样品夹持器

标准探针样品架30mm*30mm

真空吸附样品台,156mm*156mm

背电极薄膜样品架100mm*100mm

有机气密样品架,可充氮气放置样品老化

光电化学电池(PEC)专用附件

XY 电动调整台和Mapping功能 电动调整台和 pp g功能
XY电动调整台适用于156mm*156mm 样品的扫描测试 ? ? ? QE均匀度扫描 反射率均匀度扫描 通过偏置光强改变扫描缺陷分布

量子效率-150mm*150mm-550nm

反射率-125mm*125mm-550nm

有缺陷

量子效率-150mm*150mm-550nm 量子效率 150 *150 550

? 上图显示6寸单晶硅电池IQE mapping,样品右上角IQE数 上图显示6寸单晶硅电池 Q app g,样品右上角 Q 数 值明显低于其他区域,因为那里有肉眼无法直接观察到的缺 陷

有酸液残留

反射率-125mm*125mm-550nm

? 上图显示单晶硅电池的反射率mapping,均匀度明显 不好,这显示出酸洗制程中酸液有残留,影响了整个电 不好 这显示出酸洗制程中酸液有残留 影响了整个电 池的反射率均匀性

Mapping功能的说明
自主研发高灵敏度数据采集系统 AC/DC两种模式的快速Mapping功能 可以得到量子效率、反射率、内量子效率以及 扩散长度等参数的Mapping数据 可以任意改变Mapping波长 可以搭载多种波长的激光器实现250μm的高分 辨率。

上述Mapping数据是在同一个电池片上用400nm、650nm和950nm三个波 长做QE(LBIC)扫描得到的。650nm和950nm的扫描数据显示电池具有良好的 均匀性,但400nm扫描数据上,我们发现电池边缘有不均匀区域。 不同的测试波长对样品的穿透深度不同。蓝光波长短,穿透深度浅,因 此很容易将样品制备过程中产生的表面裂痕等问题反映出来;近红外光波长 相对较长,穿透深度更深,更加适用于扩散长度的计算,从而能反映样品材 料内部的缺陷等问题。 料内部的缺陷等问题

四. 其他专用机型简介
大面积薄膜太阳电池QE测试系统 SCS10-Film

SCS 10-Film 是一款专用于大面积薄膜太阳电池 的系统,它将单色光通过光纤导入到三维电动可调 的系统 它将单色光通过光纤导入到 维电动可调 样品台,实现大面积样品自动扫描测量,可以提供 光谱响应度、外量子效率、反射率、内量子效率、 光谱响应度 外量子效率 反射率 内量子效率 表面均匀性、扩散长度、短路电流密度等

光电化学电池专用测试系统 SCS10-PEC

SCS10-PEC特别适合光电化学类太阳电池测试, 包括染料敏化太阳电池,是一款经济型的测试系统。

有机电池专用测试系统 SCS10-Fiber

SCS10-Fiber用光纤将测试光和偏置光导出并对 准到样品。系统可以方便的与手套箱集成,或者 在空间受限制的实验环境中使用。 在空间受限制的实验环境中使用

PL/QE太阳能电池测试工作站 PMEye-3000

PMEye-3000系统集成了PL和QE两种测试的单点和 mapping功能于 体,特别适合做半导体材料研究的 mapping功能于一体,特别适合做半导体材料研究的 用户。PL测试对于半导体本征结构的表征很有意义, 而mapping功能对于半导体工业厂商也有相当的价值 。

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