光伏量子效率的15个常见问题——每位光伏研究者都应阅读_PART2

更新时间:2024-03-20      点击次数:185

如何测量量子效率?

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如何测量量子效率曲线的流程图描述了使用系统测量太阳能电池的量子效率(QE),特别是外部量子效率(EQE)和内部量子效率(IQE)的程序。以下是流程图中概述的步骤的说明:

  1. 波长设置

    初始步骤涉及配置系统以测试特定波长。此设置将确定在测量过程中分析光谱的哪一部分。以QE-R系统为例,可以从软件设置页面设置从300nm到1100nm,以10nm为步进。

  2. 系统开机

    系统开机开始测量过程。QE测量系统的启动时间通常为几十分钟。以QE-R系统为例,建议灯管预热时间为15分钟至30分钟。较长的灯蠕虫时间可以提供更好的稳定数据采集和重复性结果。

  3. 灯校准

    在测量测试电池之前,对系统中用作光源的灯进行校准。这确保了测量的光强度和光谱准确且一致。

  4. 设置参考池

    在系统中设置具有已知量子效率的参考池。该单元用于校准系统并提供测量基线。

  5. 测试电池测量

    然后测量正在测试的钙钛矿太阳能电池或器件。这是收集实际量化宽松数据的地方。

  6. EQE 或 IQE 结果

    处理测试电池测量的结果以确定 EQE 或 IQE。EQE 是收集到的电荷载流子数量与入射到电池上的光子数量的比率,而 IQE 仅考虑电池吸收的光子。

  7. Jsc 计算

    根据 QE 数据计算短路电流密度 (Jsc)。Jsc是太阳能电池性能的一个重要参数,代表电池在无外部负载(零电压)情况下工作时的电流密度。测量EQE曲线后,QE-R可以自动进行Jsc计算。

必须注意的是,基于被测波长的程序:

之所以做出这种区别,是因为硅光电二极管通常用于可见光到近红外范围(最高约 1100 nm)的波长,而锗光电二极管对于红外光谱中的较长波长更有效。

什么是太阳能电池的量子效率分析?

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太阳能电池的量子效率 (QE) 分析是一种用于评估太阳能电池将入射光转换为电能的效率的方法。该分析涉及两种主要类型的量化宽松:

  1. 外部量子效率 (EQE)

    :EQE 测量转化为电子并贡献电流的入射光子的比例。它考虑了到达太阳能电池的所有光子,包括那些因不参与发电的层的反射和吸收而损失的光子。

  2. 内部量子效率(IQE)

    :另一方面,IQE关注太阳能电池材料本身的效率,忽略其他层的反射和吸收等损失。它测量被吸收的光子转化为电子的比例。

量子效率分析对于确定不同波长的光发电效率以及确定太阳能电池设计和材料的改进领域至关重要。它有助于了解太阳能电池的性能限制并指导更高效光伏技术的开发。

图为QE-RX和 Loss-Analysis 软件界面,用于根据量子效率测量结果分析太阳能电池的短路电流 (Jsc) 损耗。该界面提供了影响太阳能电池 Jsc 的各种损耗因素的直观分解,例如基极收集损耗、近红外 (NIR) 寄生吸收、前表面逃逸、抗反射涂层 (ARC) 反射率、蓝光损耗、和金属阴影。

图像的左侧部分显示了颜色编码图表,可能代表不同波长的量子效率,其中不同的颜色对应于不同的损耗机制。右侧部分显示条形图,定量比较这些损失的大小。

这种分析对于太阳能电池优化至关重要,使研究人员和工程师能够识别和解决特定损耗,以提高太阳能电池的整体效率。它清楚地表明太阳能电池内的哪些过程导致效率下降最显着,从而指导进一步的研究和开发工作。

太阳能电池的效率与量子效率有何区别?

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Enlitech 参考电池

太阳能电池的效率是电能输出与进入太阳能电池的太阳光功率的比率。它衡量太阳能电池将阳光转化为电能的能力,并以百分比表示。其计算公式为:

通常,太阳能电池的效率是根据 IV 曲线计算的。

您上传的图像中的公式表示太阳能电池的转换效率 ( η )。它定义为输出功率 ( Pout ) 与输入功率 ( Pin )的比率:

image (2).png

Pout(或Pm)是最大功率输出,它是最大功率点处的电流(Imp)和最大功率点处的电压(Vmp)的乘积。• Pin是输入功率,由总辐照度 ( E ) 和太阳能电池面积 ( Acell ) 的乘积表示。

效率还可以用太阳能电池的开路电压 ( Voc )、短路电流 ( sc ) 和填充因子 (FF) 来表示,填充因子是最大功率与VocIsc的乘积之比:

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该公式是确定太阳能电池如何有效地将入射阳光转化为电能的关键,这对于评估和改进太阳能电池技术至关重要。

另一方面,量子效率(QE)与太阳能电池将光子转换为电子的效率有关。它是描述每个入射光子产生的电荷载流子(电子和空穴)数量的比率或百分比。QE 通常在整个太阳光谱范围内进行测量,并提供太阳能电池性能的各个波长的说明。

量化宽松有两种类型:

  1. 外部量子效率 (EQE)

    EQE 测量太阳能电池输出的电子数量相对于撞击太阳能电池表面的光子数量,考虑所有损失,包括反射、吸收或无助于发电的光子。

  2. 内部量子效率(IQE)

    IQE测量太阳能电池输出的电子数量相对于太阳能电池实际吸收的光子数量。它提供有关太阳能电池材料本身效率的信息,不包括非活性层的反射或吸收等损失。

虽然太阳能电池的整体效率可以快速反映其功率转换能力,但量子效率可以更详细地了解电池内光子损失或利用的位置,这对于太阳能电池材料和设计的研究和改进至关重要。


待续:光伏量子效率的15个常见问题——每位光伏研究者都应阅读_PART3


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