如何測量量子效率？

如何測量量子效率曲線的流程圖描述了使用系統測量太陽能電池的量子效率（QE），特別是外部量子效率（EQE）和內部量子效率（IQE）的程序。以下是流程圖中概述的步驟的說明：

1. 波長設置：

   初始步驟涉及配置系統以測試特定波長。此設置將確定在測量過程中分析光譜的哪一部分。以QE-R系統為例，可以從軟件設置頁面設置從300nm到1100nm，以10nm為步進。

2. 系統開機：

   系統開機開始測量過程。QE測量系統的啟動時間通常為幾十分鐘。以QE-R系統為例，建議燈管預熱時間為15分鐘至30分鐘。較長的燈蠕蟲時間可以提供更好的穩定數據采集和重復性結果。

3. 燈校準：

   在測量測試電池之前，對系統中用作光源的燈進行校準。這確保了測量的光強度和光譜準確且一致。

4. 設置參考池：

   在系統中設置具有已知量子效率的參考池。該單元用于校準系統并提供測量基線。

5. 測試電池測量：

   然后測量正在測試的鈣鈦礦太陽能電池或器件。這是收集實際量化寬松數據的地方。

6. EQE 或 IQE 結果：

   處理測試電池測量的結果以確定 EQE 或 IQE。EQE 是收集到的電荷載流子數量與入射到電池上的光子數量的比率，而 IQE 僅考慮電池吸收的光子。

7. Jsc 計算：

   根據 QE 數據計算短路電流密度 (Jsc)。Jsc是太陽能電池性能的一個重要參數，代表電池在無外部負載（零電壓）情況下工作時的電流密度。測量EQE曲線后，QE-R可以自動進行Jsc計算。

必須注意的是，基于被測波長的程序：

• 對于小于或等于 1100 nm 的波長，僅使用硅光電二極管 (Si PD)。

• 對于大于 1100 nm 的波長，測量從硅開始，然后過渡到鍺光電二極管 (Ge PD)。

之所以做出這種區別，是因為硅光電二極管通常用于可見光到近紅外范圍（最高約 1100 nm）的波長，而鍺光電二極管對于紅外光譜中的較長波長更有效。

什么是太陽能電池的量子效率分析？

太陽能電池的量子效率 (QE) 分析是一種用于評估太陽能電池將入射光轉換為電能的效率的方法。該分析涉及兩種主要類型的量化寬松：

1. 外部量子效率 (EQE)

   ：EQE 測量轉化為電子并貢獻電流的入射光子的比例。它考慮了到達太陽能電池的所有光子，包括那些因不參與發電的層的反射和吸收而損失的光子。

2. 內部量子效率（IQE）

   ：另一方面，IQE關注太陽能電池材料本身的效率，忽略其他層的反射和吸收等損失。它測量被吸收的光子轉化為電子的比例。

量子效率分析對于確定不同波長的光發電效率以及確定太陽能電池設計和材料的改進領域至關重要。它有助于了解太陽能電池的性能限制并指導更高效光伏技術的開發。

圖為QE-RX和 Loss-Analysis 軟件界面，用于根據量子效率測量結果分析太陽能電池的短路電流 (Jsc) 損耗。該界面提供了影響太陽能電池 Jsc 的各種損耗因素的直觀分解，例如基極收集損耗、近紅外 (NIR) 寄生吸收、前表面逃逸、抗反射涂層 (ARC) 反射率、藍光損耗、和金屬陰影。

圖像的左側部分顯示了顏色編碼圖表，可能代表不同波長的量子效率，其中不同的顏色對應于不同的損耗機制。右側部分顯示條形圖，定量比較這些損失的大小。

這種分析對于太陽能電池優化至關重要，使研究人員和工程師能夠識別和解決特定損耗，以提高太陽能電池的整體效率。它清楚地表明太陽能電池內的哪些過程導致效率下降最顯著，從而指導進一步的研究和開發工作。

太陽能電池的效率與量子效率有何區別？

Enlitech 參考電池

太陽能電池的效率是電能輸出與進入太陽能電池的太陽光功率的比率。它衡量太陽能電池將陽光轉化為電能的能力，并以百分比表示。其計算公式為：

通常，太陽能電池的效率是根據 IV 曲線計算的。

您上傳的圖像中的公式表示太陽能電池的轉換效率 ( η )。它定義為輸出功率 ( Pout ) 與輸入功率 ( Pin )的比率：

• Pout（或Pm）是最大功率輸出，它是最大功率點處的電流（Imp）和最大功率點處的電壓（Vmp）的乘積。• Pin是輸入功率，由總輻照度 ( E ) 和太陽能電池面積 ( Acell ) 的乘積表示。

效率還可以用太陽能電池的開路電壓 ( Voc )、短路電流 ( sc ) 和填充因子 (FF) 來表示，填充因子是最大功率與Voc和Isc的乘積之比：

該公式是確定太陽能電池如何有效地將入射陽光轉化為電能的關鍵，這對于評估和改進太陽能電池技術至關重要。

另一方面，量子效率（QE）與太陽能電池將光子轉換為電子的效率有關。它是描述每個入射光子產生的電荷載流子（電子和空穴）數量的比率或百分比。QE 通常在整個太陽光譜范圍內進行測量，并提供太陽能電池性能的各個波長的說明。

量化寬松有兩種類型：

1. 外部量子效率 (EQE)：

   EQE 測量太陽能電池輸出的電子數量相對于撞擊太陽能電池表面的光子數量，考慮所有損失，包括反射、吸收或無助于發電的光子。

2. 內部量子效率（IQE）：

   IQE測量太陽能電池輸出的電子數量相對于太陽能電池實際吸收的光子數量。它提供有關太陽能電池材料本身效率的信息，不包括非活性層的反射或吸收等損失。

雖然太陽能電池的整體效率可以快速反映其功率轉換能力，但量子效率可以更詳細地了解電池內光子損失或利用的位置，這對于太陽能電池材料和設計的研究和改進至關重要。

待續：光伏量子效率的15個常見問題——每位光伏研究者都應閱讀_PART3

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