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美能光伏科普 | 量子效率——EQE/IQE

在这个可再生能源和太空探索的时代,利用太阳能变得越来越重要。因此,「美能光伏」正在采用不同的材料系统,实施新设计,并为特定环境量身定制系统。


无论照明光源是太阳还是人造光,显然需要在尽可能宽的光源发射范围内最大限度地提高设备响应度。在实践中,设备响应受波长范围的限制,在长波长下受材料带隙的限制,在短波长下受材料吸收的限制。

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量子效率

太阳电池的短路电流Isc是与入射光子能量相关的。为此, 引入另外一个参数——量子效率QE(quantum efficiency)来表征光电流与入射光的关系。太阳电池的量子效率是指太阳电池的光生载流子数目与照射在太阳电池表面一定能量的光子 数目的比率。因此,太阳电池的量子效率与照射在太阳电池表面的各个波长的光谱响应有关。


美能MNPVQE-300量子效率测试仪:MNPVQE-300 光伏 QE 系统是光伏研究和生产线质量过程中必不可少的工具,用于准确测定太阳能电池光谱响应/EQE (IPCE) 和 IQE。

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太阳电池的量子效率,有时也被称为lPCE, 也就是太阳电池的光电转换效率 (incident-photon-to-electron conversion efficiency)。量子效率描述的是不同能量的光子对短路电流Isc的贡献, 是能量的函数, 通常有两种表述方式。


其中之一是外量子效率(external quantum efficiency, EQE), 它定义为对整个入 射太阳光谱, 每个波长为λ的入射电子能对外电路提供一个电子的概率。它反映的 是对短路电流有贡献的光生载流子数与入射光子数之比。EQE用下式表示

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式中, Q(λ)为入射光子流谱密度;A为电池面积。量子效率的另一种描述是内量子效率(internal quantum efficiency, IQE), 它定义为被太阳电池吸收的波长为λ的入射光子能对外电路提供一个电子的概率。它反映的是对短路电流有贡献的光生载流子数与被电池吸收的光子数之比。IQE 用下式表示

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式中, s 是隐蔽因子, 是考虑电池前表面金属栅线占去一部分面积;α为光吸收系数;Wopt是电池的光学厚度, 它与电池的工艺有关。若太阳电池采用表面陷光结构或背表面反射结构 , Wopt可以大于电池的厚度。

比较这两种量子效率的定义式,外量子效率的分母中没有考虑入射光的反射损
失、材料吸收、 电池厚度和电池复合等过程的损失因素, 因此 EQE 通常是小于1的。而内量子效率的分母则考虑了反射损失、 电池的实际光吸收等因素。因此, 对一个理想的太阳电池, 若材料的载流子寿命ι→, 表面复合速度S→0 电池有足够的厚度可以吸收全部入射光,IQE是可以等于1的。内量子效率与外量子效率的关系可以用下式表示

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式中, R(λ)是电池的半球角反射;T(λ)是电池的半球透射。如果电池足够厚, 则 T(λ)= 0。内量子效率通常大于外量子效率。内量子效率低则表明太阳电池的活性层对光子的利用率低。外量子效率低也表明太阳电池的活性层对光子的利用率低, 但也可能表明光的反射、 透射比较多。


量子效率从另一个角度反映了太阳电池的性能,分析量子效率谱可以了解半导体材料的质量、电池几何结构及工艺等因素与电池性能的关系。太阳电池的外量子效率谱是可以直接测量的。通过外量子效率谱 ,对式 EQE(λ)=进行积分 , 可以得到短路电流。而太阳电池的内量子效率谱的确定, 首先得测最大的外量子效率,然后需要考虑电池的反射、 光学厚度、 栅线结构等因素, 测量太阳电池的透射和反射, 并且综合这些测试数据, 来得出内量子效率。

相信到这里大家对太阳能瓦的几个品种有了一定了解,但安装它的决定必须与此类项目的成本相平衡,因为它们可能相当昂贵,具体取决于房屋。由于结构稳定性原因而需要更换屋顶的新房屋或情况可能是太阳能瓦片安装的最佳选择。在这些情况下,经济性绝对可以与高端饰面的好处相平衡。「美能光伏」将持续科普更多光伏建筑一体化的知识。

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