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太阳能电池量子效率测量系统
名称： 太阳能电池量子效率测量系统
型号： PTS系列
品牌： Sciencetech
量子效率测量系统
包括IV测试，光谱响应，量子效率系统/ IPCE系统和升级
ANTUM EFFICIENCY MEASUREMENT SYSTEM
Includes IV Testing, Spectral Response, Quantum Efficiency System/ IPCE System and Upgrade
光谱范围250-2500 nm
?单色光功率总计高达125 mW
?吉时利2400系列源表（可以测量大容量太阳能电池。）
?斯坦福SR800系列锁相放大器
?不透光的测量室
?直流和交流模式测量能力
A、概述
光伏设备之所以被称为是因为它们依赖于1839年法国实验物理学家埃德蒙·贝克勒尔（Edmund Becquerel）**发现的光伏效应，它会在曝光后产生电流/电压。但是，直到1954年贝尔实验室**展示转换效率为6％的硅太阳能电池后，实用的光伏设备的历史才开始。
科学技术有限企业（Sciencetech Inc.）从事设计和制造模块化光学光谱仪器和组件已有30多年的历史。它们在世界各地的研究实验室，大学和企业中得到广泛使用。 Sciencetech仪器的设计充分考虑了研究人员的需求，并具有**可调的控件，以提高研究灵活性。所有Sciencetech系统均采用模块化设计并符合行业标准，可轻松与其他供应商的仪器和组件集成。
如下表所示，Sciencetech Inc.设计并制造了四种不同的光伏测试系统（PTS），以实现不同的实验方法。
| Model | IV | SR | EQE | CPM | DBP | SSP | IQE | PDS |
| PTS-2-QE | X | X | X | X (upgrade) | X (upgrade) | |||
| PTS-3-CPM | X | X | X | X | X (upgrade) | X (upgrade) | ||
| PTS-3-PDS | X | X | X | X (upgrade) | X (upgrade) | X | ||
| PTS-4-SSP | X | X | X | X (upgrade) | X | X (upgrade) |
本技术说明提供了Sciencetech PTS-2-QE / IPCE系统的具体描述和功能。 PTS-2-QE / IPCE系统提供了测量IV曲线，SR，EQE和IQE的所有功能（根据客户的升级要求）。 对CPM，DBP，PDS和SSP感兴趣的读者可以分别参考大家有关PTS-3和PTS-4系统的技术说明。
大家的PTS-2-QE / IPCE系统度量的数量是：
-电流电压特性（IV）
流过太阳能电池的光电流是太阳能电池在光照下产生的电流与黑暗中太阳能电池二极管的电流的叠加。 照明光的作用是将IV曲线向下移到第四象限，在此可以从二极管中提取功率。 基本公式和IV曲线如下图所示。
参数为：IL，太阳能电池产生的光电流，可用于照明下的外部负载； ID，流过二极管的净电流； I0，在没有光的情况下二极管的泄漏暗饱和电流； RSH，由于制造缺陷，与太阳能电池二极管并联的耗电电阻； RS，由于太阳能电池板电路中不同金属部件之间的接触，与太阳能电池电路串联的电阻； ISH，流过分流电阻的电流； I，太阳能电池板的总输出电流； V，电池两端的电压； T，开氏温度； e和k分别为单电子的电荷常数和玻尔兹曼常数；**后，n是理想因子，Vs是Rs两端的电压。
分流电阻的作用是消耗电池产生的电流，因此总输出电流由于这种转移而下降。串联电阻的作用是减小填充系数，该填充系数是太阳能电池输出功率的下降。
用作有源负载的源表（Keithley 2400）允许在各种负载条件下操作被测太阳能电池，包括短路，补偿串联电阻，以补偿从偏置光感测太阳能电池产生的电流。
该App控制源仪表自动测量以下IV特性（上图显示示例）：
?暗IV特性
?开路电压Voc（以及Voc斜率）
?短路电流Isc
?**功率Pmax（Vmax和Imax）
?填充因子
?正反扫描功能
?分流电阻RSHand R
-光谱响应（SR）
频谱响应是太阳能电池产生的电流与入射在太阳能电池上的功率之比，因此以A / W为单位。 SR的测量应在澳门娱乐（SS，即偏光）（ASTM E 1021）同时照射的情况下，使用单色探测光束进行。
SS的使用模仿了真实的工作条件，并且还特别与材料的质量有关。在劣质材料中，晶体具有缺陷状态，其中生成的载流子会失去其在声子上的能量，并返回到价带，从而导致光谱响应的测量不正确，如下图所示。来自SS的光会产生**的载流子，有助于填充/泵浦缺陷/陷阱，从而不会丢失由探测光束产生的那些载流子。
为了区分由较弱的探测光束产生的光电流与由较强的SS光束产生的光电流，可使用光学斩波器对探测光束进行幅度调制。**后，通过将单色光束聚焦到样品上并记录所产生的光电流作为波长的函数来实行SR测量（如第8页的**张图所示）。该检测到的电流加上以光调制（斩波器的幅度调制）频率的参考信号均馈入锁定放大器，以允许测量由调制后的单色光产生的光电流。
除非提出不同的要求，否则将控制单色仪发出的光的几何形状，使其仅照亮太阳能电池的一小部分（直径通常为3mm），从而确保100％的单色辐射有助于输出信号。 Sciencetech的QE系统还允许用户根据研究要求从“自动模式”切换到“手动模式”，以设置自己的测量条件。
-外部量子效率（EQE / IPCE）
外部量子效率定义为太阳能电池产生和收集的载流子数量与入射光束光子数量之比，而不考虑由于样品反射，透射或吸取引起的损耗。 它通常作为波长的函数给出，并且与SR有以下直接关系：
其中波长以nm为单位，SR以A/W为单位。
-内部量子效率（IQE）
内部量子效率是考虑样品损耗的QE的计算，即太阳能电池产生和收集的载流子数量与太阳能电池真正转换的光子数量之比。
而不是尝试直接使用积分球来测量损耗，Sciencetech通过在不同条件下进行两次QE测量来确定总QE损耗，这些条件强调外表面效应，从而可以比通常更**地推断出由于反射和散射引起的损耗 可以测量。 这样可以提供更大范围的样本量，并提供有关IQE的**，**的信息。
确定损耗后，可以通过以下表达式简单地计算内部量子效率：
大家测量的损耗包括样品的反射和透射。 吸取率是将光子转化为样品中载流子的部分。
B、规格
?带有App的完整SR，QE，IQE和IV测量系统：该系统包括偏置光源，带自动订单分类澳门娱乐的单色仪，AAA级稳态太阳能模拟器，测量电子设备，计算机以及测量太阳能所需的App电池特性。
?轻巧的样品罩
?所有组件均组装在Sciencetech集成的光学和电子安装系统上，占地54 cm x 92 cm。
?包含1个带有AM1.5G澳门娱乐的太阳低噪声偏置光源，用于QE和IV测量。
?可根据要求提供强度衰减功能。
?澳门娱乐架安装在光路中，可以串联安装两个澳门娱乐。
?包括手动控制的快门以调节曝光时间。
?偏置电压范围为0***200V。
?光电流测量的分辨率范围从10皮安到10微安。
?带有可调节双池支架和150 mm高度调节目标台的样品罩。
?单相电源系统可以配置为230 VAC，50 Hz或110 VAC，60 Hz。
?屏蔽和不透光的测试区域外壳具有方便的可移动盖，可从顶部，正面和侧面进行检修。
|
Light Source for Monochromator |
150W Xe arc lamp or 250W QTH tunable source, average lifetime 1200 hours |
| As low as 0.5% instability | |
| 250 - 2500 nm tuning/scanning range (Xenon) | |
|
Monochromator |
Czerny-Turner design with adjustable bandpass 0.2 to 10 nm |
| Motorized triple grating system | |
| Monochromatic probe light power | |
| Beam size : (0.1 cm × 0.1 cm) to (0.5 cm × 0.5 cm) | |
| Order Sorting Filters |
Filters 1, 2, 3, and 4 with cut-on wavelengths at 280 nm, 475 nm, 850 nm, and 1500 nm |
| Filter diameter 25.4 mm (1”) | |
| Bias Light Source | 75 W Ultra-stable Xe arc lamp, average lifetime 1200 hours |
| 2” bias light/ 1” class AAA (ASTM E927) Solar Simulator | |
| Adjustable spot size | |
| Reference Detector | 5mm diameter, broadband pyroelectric |
| Calibrated range 250 - 2500 nm | |
| Reference solar cells 20 mm x 20 mm | |
| Specialized chuck 76.2 mm x 76.2 mm (3” x 3”) | |
| IV Tester | Source meter Keithley 2400 |
| Maximum electric power reading 20 W | |
| Maximum voltage 200 V and maximum current 1 A | |
| Voltage accuracy 0.015% and current accuracy 0.22% | |
| Measurement time period for 100 IV points is 44 s | |
| Data Acquisition | Stanford Lock-in Amplifier SR800 series (LIA-810) |
| Collected data exportable as ASCII file compatible with MS Windows | |
| Chopper 1-200Hz | |
| Interface | RS-232 (at least 1 hardware serial port) and USB |
| System Dimensions | 92cm x 54cm x 54cm (36” x 21” x 21”) |
C、配置
D、可选规格及附件
| Monochromatic Light Source | An option to concentrate light spot in a 1mm x 4mm rectangle for rectangular samples. |
| Temperature con- trolled vacuum chuck with probes | 15.2cm x 15.2cm (6” x 6”) maximum sample size inside standard chamber and minimum cell size 3.8cm x 3.8cm (1.5” x1.5”) |
| For automated stage a specific chuck size could be customized | |
| Brass plated tin; Optional: gold plate, gold or nickel coating | |
| Temperature Controlled range -10 °C - 80 °C | |
| Bias Light | Adjustable irradiance up to 5 Suns |
| Dual light source sys-tem | Combined Tungsten and Xenon lamps for higher light efficiency |
| Automated Stage | Customized X-Y-Z translation stage and probe station for automated characteri-zation using PTS system |
E、App功能
PTS-2-QE / IPCE-IQE系统带有**集成的App包，能够控制系统的各个方面：
?基于MS Windows
?使用简单的命令脚本自动进行数据采集
?数据采集和自动化日志维护者数据以ASCII格式存储
?可视化符合LabVIEW标准。
?图形和数据输出可以是多种文件类型。
?Sciencetech可能会向希翼进一步修改系统或将其集成到现有计算机框架中的客户提供源代码。
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