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上海斯邁歐分析儀器有限公司
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Cary 5000分光光度計(jì)測(cè)定太陽(yáng)能電池的光學(xué)性能
2024-10-30 閱讀(483)
前言單詞 photovoltaic（光電的）是由希臘單詞 photo（光）和物理學(xué)家 Volta（伏特：電池的發(fā)明者）[1]兩個(gè)單詞組合產(chǎn)生的，用來(lái)表述太陽(yáng)能電池將光直接轉(zhuǎn)化為能量，轉(zhuǎn)化的理論依據(jù)是 Bequerel[2] 在 1839 年發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)：光照射在固體表面，導(dǎo)致其產(chǎn)生自由電子。太陽(yáng)能電池由多種半導(dǎo)體材料組成，95% 以上的太陽(yáng)能電池主要成分是硅，在其中需要有選擇性的摻雜一些其他元素。摻雜的目的是為了在半導(dǎo)體材料內(nèi)部產(chǎn)生富余的正電荷 (p) 或負(fù)電荷 (n) 載體，當(dāng)兩種不同類型的半導(dǎo)體層結(jié)合在一起，就會(huì)在接合處形成 p-n 結(jié)，形成的電場(chǎng)可使在陽(yáng)光作用下產(chǎn)生的電荷載體向兩邊分離，通過(guò)使用金屬電極，可收集電荷，如果此時(shí)給它接上一個(gè)外電路，就會(huì)形成直流電。硅基太陽(yáng)能電池尺寸一般在 10 × 10 cm 左右，表面覆蓋透明的防反射 (AR) 涂層用來(lái)保護(hù)電池的同時(shí)防止電池表面反射的光能損失。圖 1 是一個(gè)典型的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
對(duì)于任何一個(gè)太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，其獲得的電流大小都隨光通量增加而增加，雖然影響電池轉(zhuǎn)化效率的因素有很多，但電池表面的反射性能是一個(gè)非常重要的參數(shù)。為了測(cè)量這種反射性能，就需要使用到高性能的 UV-Vis-NIR 分光光度計(jì)，而且需要配備積分球。積分球用來(lái)收集從固體表面（例如太陽(yáng)能電池）反射出來(lái)的光（包括漫反射或者全反射），應(yīng)用相應(yīng)的樣品固定附件，積分球也可以用來(lái)測(cè)定太陽(yáng)能電池的漫透射性能。本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)將就太陽(yáng)能電池制造中的幾個(gè)階段，用 AgilentCary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計(jì)配備外置漫反射附件 2500和小光斑套件附件測(cè)定其反射性能展開介紹。
實(shí)驗(yàn)部分儀器[3]– Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計(jì)– 安捷倫外置 DRA-2500 積分球– 小光斑套件附件條件將外置 DRA-2500 積分球裝入分光光度計(jì)并校準(zhǔn)[4]。紫外-可見(jiàn)近紅外譜圖通常在 250–2500 nm 區(qū)域內(nèi)采集，并使用適當(dāng)?shù)幕€校正（零/基線校正）。建議的儀器參數(shù)如下：紫外可見(jiàn)區(qū)：2 nm SBW，0.1 秒 SAT，1 nm 采樣間隔；近紅外區(qū)：能量 3，0.2 秒 SAT，3 nm 采樣間隔；雙光束模式，全狹縫高度。使用Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計(jì)和外置 DRA-2500 積分球收集反射光譜，當(dāng)需要的光束圖像較小時(shí)，換上小光斑套件。
結(jié)果與討論圖 2 是光電池成品和半成品的漫反射光譜圖。沒(méi)有防反射涂層、表面粗糙的晶片 (TS3)、有防反射涂層的晶片 (TS2) 和有金屬接觸格柵的晶片成品（圖 3）(TS4) 的光譜圖有明顯差異。為了檢查樣品表面是否均一，在每個(gè)樣品不同的點(diǎn)測(cè)試2 次，采集光譜圖。
此外，成品電池的平均反射光譜（TS4，采樣區(qū)域包括電池表面和金屬接觸格柵）與只有電池表面的反射光譜（TS4 Diffssk，不包含反射性金屬接觸格柵的反射）之間存在顯著差異，這就突顯了將光束尺寸縮小到足夠?。ㄖ睆郊s 1 mm）的圖 1. 典型的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖底部金屬板金屬接觸格柵防反射涂層p-n 結(jié)n 型半導(dǎo)體層p 型半導(dǎo)體層 優(yōu)勢(shì)：可以收集到金屬接觸格柵之間區(qū)域的光譜。結(jié)果證實(shí)，與電池本身的活性表面相比，金屬接觸格柵的反射率相對(duì)較高，這一點(diǎn)符合預(yù)期。
結(jié)論UV-Vis-NIR 分光光度法可以非常方便地測(cè)試太陽(yáng)能電池的反射和透射性能，應(yīng)用高性能的分光光度計(jì)（例如 Agilent Cary5000 UV-Vis-NIR 分光光度計(jì)）配備積分球附件可以快速得到高分辨率、低噪聲的高質(zhì)量光譜圖，為了對(duì)太陽(yáng)能電池上的微小面積進(jìn)行采樣測(cè)試，需要采用小光斑附件縮小樣品表面的光束尺寸，安捷倫提供外置 DRA-2500 積分球及配套的小光斑套件附件，可以幫助您實(shí)現(xiàn)此類測(cè)試。
