太阳能电池基本知识

太阳电池的光谱响应和量子效率测试对提高生产工艺水平（例如制绒、扩散、背场等工艺）

和研究电池片的性能有重要的参考价值。太阳能电池的光谱性能主要包括光谱响应（A/W），

内、外量子效率（%），光谱透射率（%），光谱反射率（%），短路电流密度（mA/cm2）等。

光谱响应R（λ）是指在某一特定波长λ 处，太阳能电池输出的短路电流I（λ）与入射到

太阳能电池上的辐射功率Φ（λ) 的比值：

R（λ)= I（λ)/Φ（λ） （ A/W）

量子效率可以表示为：

η（λ)=1.24×R（λ）/λ

短路电流密度是将标准太阳（AMN) 的光谱辐射曲线和电池片的光谱响应曲线相乘并对电池片

的整个响应波段进行积分得到的单位面积电池片在标准太阳（AMN) 照射下所产生的短路电流密度。

Jsc（AMN)= ∫ PAMN（λ)•R（λ)dλ（ mA/cm2）

假设电池片的光谱响应均匀一致，则短路电流密度乘以电池片的总响应面积S 就可以得到该电池

片在标准太阳（AMN) 照射下的短路电流:

Isc= Jsc（AMN)•S （ A）

比如在某个特定波长λ 下，有10 份光子入射到电池表面，其中有2 份被电池片反射回来，有1 份

透过了电池片，剩下的7 份被电池片吸收并转化出6 份的电子，还有1 份可能转换成热能或损耗在

其他上面（比如晶格等），那么我们可以这样来理解这几个概念：

透射率：电池片的透射光强度与入射光强度之比

t（ λ)=1/10=10%

反射率：电池片的反射光强度与入射光强度之比

R（ λ)= 2/10=20%

外量子效率：总的入射光子产生电子的效率

EQE=6/10=60%

内量子效率：被电池片吸收的光子产生电子的效率

IQE=6/（10-1-2) ≈ 85.7%

从光谱响应和量子效率曲线中我们可以得到非常丰富的信息(硅电池光谱响应测试与实际工艺性能的关系)：

★光谱响应曲线：反映了电池将不同波长的辐射转换成电的能力

★反射率曲线：反映了减反膜和制绒的综合效果

★外量子效率曲线：反映了电池片将光子转化成电子的效率

★内量子效率曲线：反映电池片材料的好坏

不同波段代表的含义

短波部分：如果量子效率不能很快的上升到较高值，说明制绒和P-N 节的制作工艺有问题，

对紫外光来说一般都在200 ～ 300 纳米左右，全部被电池片吸收而转换成电能。如果不能

很快达到高值，有可能是紫外光过多被电池表面反射，或扩散后的P-N 节不能将电能及时传出来。

中波部分：内量子效率的高点反映了电池片材料的性能，好的航空片甚至可以达到100%，

如果不达到95%说明材料也可能不够好。

长波部分：红外辐射很容易透过硅片，如果不做背场，红外部分的量子效率会早早从高处降下来，

背场做好了，红外辐射被反射回来继续参与光电转换，这部分的量子效率也会明显提高。

NBET-SPEC系列太阳能

电池量子效率测试系统

NBET-SPEC系列是一款基于太阳能电池量子效率测试的多功能实验平台。

用于测试太阳电池的光谱响应度、外量子效率、内量子效率、反射率、

透射率、短路电流密度、量子效率Mapping和反射率Mapping。

适用材料：
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CIGS、染料敏化DSSC、有机太阳电池Organic

Solar Cell、聚合物太阳电池Polymer Solar Cell等。
适用结构：
单结Single junction、多结multi junction、异质结HIT、薄膜thin film、高聚光HPV 等。

系统特点：

多种规格光源可选，保证从200-2500nm 范围辐射稳定、能量高；

高精度分光系统，保证良好的波长准确度和重复性，杂散光小，配自动滤光片轮，

消除多级光谱影响；

相关法检测，配合电磁屏蔽技术，具有超强弱信号处理能力，有效提高信噪比，

保证测量精度；

兼容直流和交流两种测量方式，更针对不同种类的太阳电池配置不同类型的前置放大器，

确保弱信号检测，模式切换方便；

IQE 和EQE 同点同时测量；

针对不同的测量方式和电池片种类配置不同类型的样品室及专利样品架，夹持方便，

电接触好，对弱信号测试干扰小；

精密快门控制光路闭合；

可选恒温、变温设备，方便对电池片进行温度控制；

可选真空吸附样品测试台，可定制专属测试台；

高性能信号自动切换控制，完成各类信号的切换；

可选光路监视，有效扣除光源不稳定带来的测试误差；

系统软件：

集成了分光系统、多级谱滤除装置、弱信号处理系统等的参数设置和选择；

自动扫描、信号放大、A/D、数据采集；

兼容通量法和均匀照度法两种测量方式，并根据不同测量方式采用不同的公式进行数据计算与处理；

图、表文件自动生成与显示；

多种格式的数据和图片备份和打印输出功能；

多组数据对比功能；

自动mapping；

粗大误差的自动去除，系统误差、线性误差、周期误差、T 误差的自动校验。

系统应用：

1.   晶体硅太阳电池测试 晶体硅太阳电池目前主要包括单晶硅、多晶硅电池，其特点是性能稳定、市场化工艺成熟，常规样品尺寸为125mm或156mm的方形电池片。目前QE系统用于工业化产品检测的主要是针对此类应用，可通过内外量子效率、反射率等参数分析电池片性能和均匀性，有助于成品效率提升。     针对此类应用，选择快速Mapping扫描功能，可以提供和分析快速mapping测试可以提供缺陷相关LBIC影像图。     晶体硅太阳电池通常测试外量子效率、反射率、内量子效率以及表面均匀性（mapping扫描）。
2. 非晶硅薄膜太阳电池测试     非晶硅薄膜太阳电池是目前市场上少数具有能力挑战晶体硅电池主流地位的电池种类。它的主要特点是成本低廉，非常有利于太阳能的普及。   非晶硅薄膜太阳电池可以分为单结、双结和三结等，每一个PN结都可以看做一个子电池。因此在测量时应注意采用偏置光进行配合才能得到正确的结果。   非晶硅薄膜太阳电池通常测量外量子效率，多结电池需要测每个PN结的量子效率和短路电流密度。
3. 染料敏化太阳电池测试     染料敏化太阳电池（DSSC）是目前科研单位研究多的一种太阳电池，它通过染料吸收太阳光，在染料与纳米晶体的界面处产生自由电荷，然后通过外电路将电能导出。   染料敏化太阳电池的响应速度很慢，因此在进行QE测试的时候应特别注意，通常采用直流方法测量。在特定的条件下，也可以采用交流方法测量。     染料敏化太阳电池通常只测量外量子效率。

4. 铜铟镓硒太阳电池测试     铜铟镓硒（CIGS）太阳电池是已经初步市场化的一种新兴太阳电池，其制备工艺特别适合批量生产，非常有潜力，但制备工艺还可以进一步完善。   铜铟镓硒太阳电池的光谱范围比较宽，在条件允许的情况下，建议测到1400nm。   铜铟镓硒太阳电池通常测量外量子效率、反射率、内量子效率。
5. III-V族多元化合物太阳电池测试     III-V族多元化合物太阳电池主要是半导体类型的材料，包括GaAs、InGaP等。其特点是光谱响应范围宽，光电转化能力强，缺陷是材料成本非常高，适合用于卫星等空间限制较高的场合。   半导体类型的太阳电池通常测试外量子效率、反射率、内量子效率。多结电池的测试与非晶硅电池类似，但光谱范围更宽，一般测到1700nm左右。
6. 有机太阳电池测试 有机太阳电池具有低成本、易制备的优势，目前仍处在研究阶段，是科研单位非常关注的一种新兴太阳电池种类。   有机太阳光谱范围主要集中在可见光波段 300~800nm。研究阶段的样品通常试制在ITO玻璃上，光敏面较小，需要采用探针加持。   有机太阳电池通常测外量子效率、透反射率、内量子效率等

规格指南：

NBET-IV太阳能

电池IV特性测量系统
  在太阳能光伏器件的所有性能表征手段中，IV特性测试无疑是直观、

有效、被广泛应用的一种方法。通过测量IV特性曲线，并进一步进行

数据分析处理，可以直接了解到光伏器件的各项物理性能，包括光电转换的效率、

填充因子等。这些数据可以为光伏器件的研究、质检以及应用提供可靠的依据。

我们提供高性价比的IV特性测试系统，并提供完善、的技术支持。

主要特点：
完整IV特性测量和分析解决方案
测试方法符合IEC
探针阴影小化，减小测量误差
温度控制功能，IEC标准测试条件
真空吸附功能，样品固定更方便
图形化界面软件，操作方便
支持Excel、ASCII、XML格式数据导出
报表打印功能，自动生成完整的测试报告

主要功能：
1）测量光照条件和暗条件下的IV曲线；
2）测量开路电压Voc、短路电流Isc、短路电流密度Jsc、大功率电压Vmpp、

大功率电流Impp、填充因子FF、光电转换效率Eta
3）暗电流扣除功能
4）标准测量条件校正功能（IEC标准）
5）标准太阳电池校正功能。

NBET-IV1 薄膜物质（氧化钛、氧化锌、氧化锡等）在光照下吸收光能量产生电子、

通过某类导电溶液（1mol氢氧化钠）行程回路，利用工作站的三电（工作、参比和对电）

直接测量薄膜物质在连续单色光照射下的IV曲线，进而研究其特性。组成：复合光源、

分光装置、功率计、电化学工作站和样品台以及系统所需小配件。

NBET-IV2 晶硅等测试。组成：复合光源、可选分光装置、电流源表和样品台及系统所需小配件。

NBET-PEC4000 光电化学反应测试装置

NBET-PEC4000系列光电化学反应装置。依托可选择的多光谱光源和各种光电化学池，

与电化学工作站联用将光电化学反应输出至电化学工作站，以进行光电化学反应的

科学研究。 如研究分子或离子在激发态时的氧化还原反应现象、规律及应用；研究

光直接影响电过程的电化学、光能与电能和化学能的转换测量；光电化学电池的光

电转化测量；光电化学合成和富集。由于系统设计的灵活性，可与大多数主流电化学

工作站联用，光源可选，光谱范围从紫外、可见到红外（UV-VIS-IR），从而可作为光

电化学反应测试系统使用，适合光致电化学分析法和光电化学电池性能的研究，尤其适

用于太阳能电池、光催化、腐蚀等应用。

而紫外-可见光谱电化学技术是将紫外-可见光谱和电化学相结合起来同时进行测量的方法。

紫外-可见光谱法是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析，其吸收与电子结构紧

密相关，研究对象大多是具有共轭双键结构的分子。该方法具有灵敏度高、准确度好、选

择性佳、操作简便、分析速度快、应用广泛等特点。将它与电化学方法联用，在进行电化

学研究的同时，可以获得反应物、中间体以及产物的大量信息，很大程度上促进了电化学

研究在分子水平上的发展。

 

 

 主要应用:

（1）瞬时化学组分或平衡光谱的测量；

（2）电活性物质还原电位的测定；

（3）电化学动力学的测量；

（4）电/溶液界面上的电荷传递过程研究。

 

主要组成：光源、反应池、电化学工作站和光谱仪。

1.光源 

1.1复合光源（推荐HSX-F/UV300氙灯光源）选配滤光片可提供紫外区、可见光区、

以及400-700nm之间的单色光。

主要参数	HSX-F300	HSX-UV300
输入功率Power(Watts)	300W（180W~320W）	300W（180W~320W）
发光总输出功率Radiant Output (Watts)	50W	50W
紫外光区输出功率UV Output, <390nm (Watts)	2.6W	6.6W
红外光区输出功率IR Output, >770nm (Watts)	28.8W	26.8W
可见光区输出Visible Output, 390-770nm (Lumens)	5000Lu	4500Lu
色温Color Temperature (Kelvin)	5600K	5050K
灯泡窗口Window Diameter (mm)	25.4mm	25.4mm
灯泡保守寿命Life（Hours）	1000H	1000H
发光光谱范围SPECtralOutput(nm)	300nm~2500nm	200nm~2500nm
工作光斑直径	连续可调，大60mm。	连续可调，大60mm。
光输出形式	沿光轴360°旋转	沿光轴360°旋转
平行光发散角	平均5 °	平均5 °

 

光谱曲线：

普通氙灯光谱范围300-2500，紫外增强型氙灯光源光谱范围200-2500nm。

 

 

1.2可调单色光源

软件可实现波长选择、光栅选择和滤光片轮控制，全自动提供全光谱单色光，

设置起始波长，终止波长，步长间隔，延迟时间等，点击运行即可，配合电化

学工作站等，方便测试ipce和IV等。

 

 

 

常用型号：

产品编号	300150	300300
光源	进口氙灯
单色仪型号	Omno151	Omno302
光谱范围(nm)	200-2500
输出带宽(nm，推荐)	2	1
输出带宽可调范围(nm)	0.5-30	0.2-15
单色光输出步长	0.0045nm	0.0023nm
光栅1#	1200g/mm@300nm	1200g/mm@300nm
光栅2#	600g/mm@750nm	1200g/mm@500nm
光栅3#	-	600g/mm@750nm
滤光片使用范围(nm)	200-1600
输出光稳定性	优于0.5%

 

1.3选配光纤：

石英光纤芯径(D) (mm)		0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.8
芯径皮层外径比		1：1.05，1：1.1，1：1.2，1：1.4
小弯曲半径  (mm)		100D （短时间），300D（长时间）
保护涂层外径  (mm)		1.2-2.0
数值孔径  (NA)		0.21-0.24
每米 透过 率%	紫外光 (0.25μm-0.4μm)	85-98
	可见光（0.4μm-0.7μm）	97-99
	近红外（0.76μm-1.6μm）	90-99
	氦氖激光 (0.6328μm）	99
	YAG激光 （1.06μm）	98
	Ar离子(Ar+ laser) （0.5145μm）	98
传输功率   ( W/cm2)		≤800（D=0.5mm）（连续Nd:YAG激光）
特  点		优异的光学性能，宽广的传光波段，优越的机械性能和挠曲性，是氦氖激光、YAG激光等大功率激光传输的理想材料

 

1.4选配光开关：

编号	通光孔径（mm）	重量(g)
NBET-ES050	Ø5	113
NBET-ES125	Ø12.5	155
NBET-ES200	Ø20	235

 

 

 

 

  

 

 

2.反应池选择

石英光电解池Quartz Photoelectrochemical Cells，品种多样，可定制。

除了在光电化学研究中应用，石英电解池也广泛应用在溶剂体系研究中（如强碱）。

在某些体系中，普通硅硼酸玻璃将被腐蚀。 

2.1光电化学池 工作电片可快速拆装，可准确控制工作电面积；配有铂丝电和氯化银电；石英窗口直径20mm，池内容积5ml。有密封和非密封2种可选。	2.2光电化学池（非密封） 材质：K9玻璃&聚四氟 特点：耐腐蚀、结构简单、使用方便，石英片可拆装更换，容积50、100、150ml可选。
2.3光电化学池（密封） 材质：玻璃、聚四氟乙烯 特点：耐腐蚀、结构简单、使用方便，石英片可拆装更换。容积50、100、150ml可选。	2.4光电化学池型号（图片中的电仅为展示用） 全石英熔融法制作，四面透光 聚四氟乙烯盖子 电可按实验要求灵活组合排布，池尺寸50*50*50mm。
2.5可控温光电化学池（密封) 玻璃池体+石英窗口(直径24mm)，石英片可拆装更换，可通过水浴控温。	2.6可控温光电化学 玻璃池体+石英窗口(直径24mm) 石英片可拆装更换，可通过水浴控温，50、100、150ml可选。
2.7原位拉曼光谱电化学池 聚四氟乙烯精工雕琢而成，石英检测口；工作电至石英窗口距离可调，配有铂丝电和银-氯化银电。	2.8可控温光电反应器 玻璃池体+石英窗口(直径24mm) 可通过水浴控温，三电全密封体系 石英片可拆装更换，离子膜可快速更换
2.9光谱电化学池 全石英熔融法制作，聚四氟乙烯盖子；三电：铂网电，铂丝电，银-氯化银电。 容积：夹缝8*6.5*1mm和8*6.5*0.5mm	2.10双通道电解池 玻璃池体+石英窗口（直径24mm），双光通道(同侧或两侧)；石英片可拆装更换，离子膜可快速更换，容积50ml和100ml可选。
2.14蜂窝状光谱电化学电解池

2.15石英电解池架

用于放置石英电解池，电解池架可以实现恒温控制。

2.16变光程比色皿支架

于低吸收率测量和流动样品池实验中。可变光程的特性使其应用非常灵活，如可以作为标准的10mm比色皿支架，也可以作为2mm滤光片支架，或增加光程到160mm。

技术数据

基座尺寸 (长 x 宽 x 高)	200 x 80 x 25 mm
光纤接头	2个COL-UV/VIS准直透镜, SMA接头
光程长度	10-160 mm
比色皿支架内部光路	对于10 mm比色皿光程为20 mm
焦点高度 >	距离基座底板15 mm
尺寸(长 x 宽 x 高)	200 x 96 x 62 mm

3.主流电化学工作站660E。

 

4.光谱检测用光谱仪（推荐AvaSPEC ULS2048 型紫外-可见光谱仪）。

接收透过石英电解池的光信号并加以检测