[发明专利]一种太阳能电池量子效率的直流测量装置及其使用方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及太阳能电池生产领域，尤其是太阳能电池量子效率的测试技术。

【背景技术】

随着能源危机和环境危机日益突出，保护生态环境逐渐受到人们的重视。目前，加快开发与利用太阳能等可再生能源已经成为国际共识。近年来，太阳能光伏发电产业增长迅速，研发高性能太阳能电池已成为重中之重。衡量太阳能电池质量的好坏，最关键的指标是光电转换效率。要获得太阳能电池光电转换效率就需要测量太阳能电池在不同波长单色光下的量子效率。太阳能电池的量子效率的测量是用一定强度的单色光照射太阳能电池，测量此时太阳能电池的短路电流，然后依次改变单色光的波长，再重复测量从而得到在各个波长下的短路电流，由此反映出太阳能电池在不同波长下的光电转换效率。

太阳能电池的量子效率是指太阳能电池产生的电子-空穴对数目与照射在太阳能电池表面的光子数目的比率，它与照射在太阳能电池表面的各个波长光的响应有关。客观表征太阳能电池的量子效率对于太阳能电池的研究尤为重要，它是衡量太阳能电池光电转换效率最重要的参数之一。

由于量子效率的测量可以得到太阳能电池对太阳光的波长响应范围，可以区分出不同波段的光对太阳能电池短路电流的贡献，因此它可以帮助辨认出太阳能电池对不同波长光的量子产额，对太阳能电池性能的改进有指导作用。对于太阳能电池，在太阳光谱组成分布较强的光谱位置上具有最好的光谱响应是极其重要的，所以，太阳能电池量子效率测试在太阳能电池材料研究和太阳能电池设计中非常关键。

目前，太阳能电池量子效率的常规测试方法有两种，第一种是比较法，第二种是分步测量法。

采用比较法测试太阳能电池量子效率的装置如图1所示：它包括光源1、聚焦透镜2、滤光片3、单色仪4、准直透镜5、样品架6、标准样品7、待测太阳能电池8、电流(电压)放大器9和计算机10，聚焦透镜2和滤光片3设置在封闭仓11内，样品架6安装在样品室12内，标准样品7镶嵌在样品架6上，先测量标准样品7在单色仪4分光后的单色光光照条件下的短路电流，然后，将待测太阳能电池8安装在样品架6上，使之挡住标准样品7，再测量待测太阳能电池8的短路电流，由于标准样品7的量子效率参数是已知的，它由权威测量机构中国计量院进行标定，因此只要将先后获得的短路电流做比较，就能得出待测太阳能电池的量子效率。

采用比较法测试太阳能电池量子效率的现有仪器存在如下缺陷：

1)由于需要先后测试标准样品和待测太阳能电池的短路电流，而在测量过程中外界因素是不稳定的：例如环境温度，湿度、杂散光、噪音、地面震动等，特别是光源功率、光谱稳定性不够，因此会导致测量结果不准确。

2)标准样品在使用一段时间后，其量子效率也会有漂移，需要重新校准，否则，也会导致测试结果不准确。

采用分步测量法测试太阳能电池量子效率的现有装置如图2所示：包括光源1、聚焦透镜2、滤光片3、单色仪4、准直透镜5、样品架6、光强探测器14、待测太阳能电池8、电流(电压)放大器9和计算机10，聚焦透镜2和滤光片3设置在封闭仓11内，样品架6安装在样品室12内，光强探测器14镶嵌在样品架6上，先使用光强探测器14测试单色仪4在各波长下射出的光强P_in1，然后将待测太阳能电池8安装在样品架6上，使之挡住光强探测器14，测量待测太阳能电池8在相同波长的光照下所产生的短路电流I_sc，然后，通过计算公式：

得到待测太阳能电池的量子效率。

在分步测量法过程中外界因素的不稳定性同样会导致测量结果不准确。

综上所述，无论采用比较法还是分步测量法，都无法消除外界因素的不稳定性对测量准确性影响：例如环境温度，湿度、杂散光、噪音、地面震动等，特别是光源功率、光谱的不稳定性对测试结果都会产生影响。

鉴于上述问题，有必要提供一种能够克服现有技术不足的测试太阳能电池量子效率的装置。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种太阳能电池量子效率的直流测量装置及其使用方法，它能利用同束光源同时获得光强探测器所检测到的光强P_in1和待测太阳能电池产生的短路电流I_sc，消除了外界环境因素对测试结果产生的影响，能更客观的反映被测太阳能电池的量子效率，提高了测试结果的准确性。

本发明采取的技术方案如下：