專利名稱：測(cè)量光伏電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方法，尤其是用于太陽(yáng)能電池的光 轉(zhuǎn)換薄膜的外量子效率的測(cè)量。
背景技術(shù)：
近幾十年來(lái)新能源的研究開(kāi)發(fā)在世界各國(guó)都表現(xiàn)出其越來(lái)越重要的戰(zhàn)略意義。在 光伏技術(shù)研究領(lǐng)域，各國(guó)科研人員在為實(shí)現(xiàn)更高光電轉(zhuǎn)換效率的研究上投入了大量精力。 當(dāng)今太陽(yáng)能電池市場(chǎng)仍以單晶硅、多晶硅材料為主，高能光子的很大一部分能量轉(zhuǎn)化為熱 能而損失了。通過(guò)在硅電池表面制備光轉(zhuǎn)換薄膜，將一個(gè)高能光子轉(zhuǎn)化為多個(gè)能量較低的 光子，可以提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。準(zhǔn)確地測(cè)量光轉(zhuǎn)換薄膜的量子效率有助于優(yōu)化光 轉(zhuǎn)換薄膜的性能。然而當(dāng)前測(cè)量光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的常用方法對(duì)激發(fā)光源有一定要求，常用的 激發(fā)光源有氙燈和各個(gè)波長(zhǎng)的激光。主要原因是光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率測(cè)量方法有兩個(gè)特 征光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率隨著激發(fā)光強(qiáng)的增加而提高，因此要求激發(fā)光源的強(qiáng)度足夠大； 而且光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率測(cè)量系統(tǒng)中使用的光譜儀對(duì)進(jìn)入積分球內(nèi)部的光通量有一定 要求，不能超過(guò)光譜儀的測(cè)量范圍。然而當(dāng)前的激發(fā)光源主要是通過(guò)提高輸入電功率來(lái)提 高激發(fā)光強(qiáng)，這樣就很難避免積分球內(nèi)的光通量超出光譜儀的測(cè)量量程。因而只能應(yīng)用較 低激發(fā)光強(qiáng)，此時(shí)測(cè)量光轉(zhuǎn)換薄膜的外量子效率較小，并沒(méi)有測(cè)量出光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效 率最大值。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量光伏電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方 法及其裝置，用該方法測(cè)量光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率穩(wěn)定準(zhǔn)確，并且適用于整個(gè)可見(jiàn)光范圍， 本發(fā)明在無(wú)需提高激發(fā)光源的輸入電功率且不超出光譜儀測(cè)量范圍的前提下，就能提高激 發(fā)強(qiáng)度，降低對(duì)激發(fā)光源的要求。技術(shù)方案本發(fā)明所述一種測(cè)量光伏電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方法，取光學(xué)積分球、 激發(fā)光源及光譜儀，步驟1在光學(xué)積分球與激發(fā)光源之間放置光學(xué)凸透鏡，且使由激發(fā)光源發(fā)出的經(jīng) 過(guò)光學(xué)凸透鏡的激發(fā)光匯聚于光學(xué)積分球內(nèi)，步驟2在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置標(biāo)準(zhǔn)白板，再利用光譜儀采集光學(xué)積分球內(nèi)的光
通量，步驟3撤除標(biāo)準(zhǔn)白板并在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置貼有光轉(zhuǎn)換樣品的白板，再利用光譜儀采集光學(xué)積分球內(nèi)的光通量，步驟4將步驟3得到的光通量除以步驟2得到的光通量，其結(jié)果為光轉(zhuǎn)換薄膜外
量子效率。
本發(fā)明所述一種用于上述測(cè)量光伏電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方法的裝置， 包括光學(xué)積分球、激發(fā)光源及光譜儀，其特征在于，所述在光學(xué)積分球及激發(fā)光源上滑動(dòng) 連接有光學(xué)導(dǎo)軌，在光學(xué)導(dǎo)軌滑動(dòng)連接有光學(xué)凸透鏡且光學(xué)凸透鏡位于光學(xué)積分球與激發(fā) 光源之間，在光學(xué)積分球上設(shè)有用于放置光轉(zhuǎn)換薄膜或標(biāo)準(zhǔn)白板的樣品孔，在光學(xué)積分球 上設(shè)有探測(cè)孔，所述光譜儀的光纖連接于探測(cè)孔上。有益效果當(dāng)前的激發(fā)光源主要是通過(guò)提高輸入電功率來(lái)提高激發(fā)光強(qiáng)，這樣就 很難避免積分球內(nèi)的光通量超出光譜儀的測(cè)量量程。因而只能應(yīng)用較低激發(fā)光強(qiáng)，此時(shí)測(cè) 量光轉(zhuǎn)換薄膜的外量子效率較小，并沒(méi)有測(cè)量出光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率最大值。本發(fā)明中 在激發(fā)光源和樣品之間放置光學(xué)凸透鏡，并且將樣品置于凸透鏡的焦點(diǎn)處。在不提高激發(fā) 光源的輸出功率的前提下，通過(guò)使用光學(xué)凸透鏡，使得照射在光轉(zhuǎn)換薄膜樣品表面的激發(fā) 光強(qiáng)得以成倍提高，因而提高了光轉(zhuǎn)換薄膜的外量子效率，使得測(cè)量效果更加理想，同時(shí)， 這些技術(shù)措施也使本發(fā)明的成本得以大大降低。同樣由于使用了光學(xué)凸透鏡，并不需要提 高激發(fā)光源的輸出功率，因而入射到光學(xué)積分球內(nèi)部的光通量并沒(méi)有顯著增多，不至于超 出光譜儀的測(cè)量范圍。因此，使用光學(xué)凸透鏡不僅有助于降低對(duì)激發(fā)光源的要求，例如普 通的發(fā)光二極管就可以作為激發(fā)光源；而且有助于提高光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率測(cè)量的準(zhǔn)確 性。



圖1是測(cè)量太陽(yáng)能電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的示意圖。其中有光學(xué)積分球 1、光轉(zhuǎn)換薄膜樣品2、白板3、樣品孔4、積分球入光孔5、光學(xué)凸透鏡6、激發(fā)光源7、積分球 支架8、光學(xué)凸透鏡支架9、激發(fā)光源支架10、光學(xué)導(dǎo)軌11、積分球探測(cè)孔12、光纖線13、光 譜儀14、聯(lián)接電腦和光譜儀的USB數(shù)據(jù)線15。圖2是本發(fā)明所述方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方案1在本例中，我們以測(cè)量釔鋁石榴石熒光粉薄膜外量子效率為例來(lái)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)本 發(fā)明。具體步驟如下步驟1將未涂有光轉(zhuǎn)換薄膜的標(biāo)準(zhǔn)白板3放置于的積分球1樣品孔4處，步驟2調(diào)整積分球1、光學(xué)凸透鏡6和激發(fā)光源7之間位置，使得光線的焦點(diǎn)位于 樣品表面，步驟3用光譜儀14測(cè)量積分球1內(nèi)的光通量Φ 1；步驟4將貼有釔鋁石榴石熒光粉薄膜樣品的白板3替換樣品孔處的標(biāo)準(zhǔn)白板3，重 復(fù)步驟2、3，測(cè)得積分球內(nèi)的光通量Φ2，步驟5用Φ2除以Ct1就是光轉(zhuǎn)換薄膜的外量子效率。具體實(shí)施方案2在本例中，我們以測(cè)量硅酸鍶熒光粉薄膜外量子效率為例來(lái)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明。具體步驟如下步驟1將未涂有光轉(zhuǎn)換薄膜的標(biāo)準(zhǔn)白板3放置于的積分球1樣品孔4處，
步驟2調(diào)整積分球1、光學(xué)凸透鏡6和激發(fā)光源7之間位置，使得光線的焦點(diǎn)位于 樣品表面，步驟3用光譜儀14測(cè)量積分球1內(nèi)的光通量Φ 1；步驟4將貼有硅酸鍶熒光粉薄膜樣品的白板3替換樣品孔處的標(biāo)準(zhǔn)白板3，重復(fù)步驟2、3，測(cè)得積分球內(nèi)的光通量Φ2，步驟5用Φ2除以Ct1就是光轉(zhuǎn)換薄膜的外量子效率。具體實(shí)施方案3一種測(cè)量光伏電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方法，取光學(xué)積分球1、激發(fā)光源7 及光譜儀14，步驟1在光學(xué)積分球1與激發(fā)光源7之間放置光學(xué)凸透鏡6，且使由激發(fā)光源7發(fā) 出的經(jīng)過(guò)光學(xué)凸透鏡6的激發(fā)光匯聚于光學(xué)積分球1內(nèi)，步驟2在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置標(biāo)準(zhǔn)白板，再利用光譜儀14采集光學(xué)積分球1內(nèi) 的光通量，步驟3撤除標(biāo)準(zhǔn)白板并在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置貼有光轉(zhuǎn)換樣品的白板，再利用 光譜儀14采集光學(xué)積分球1內(nèi)的光通量，步驟4將步驟3得到的光通量除以步驟2得到的光通量，其結(jié)果為光轉(zhuǎn)換薄膜外
量子效率。具體實(shí)施方案4一種用于實(shí)現(xiàn)具體實(shí)施方案3所述測(cè)量光伏電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方 法的裝置，包括光學(xué)積分球1、激發(fā)光源7及光譜儀14，所述在光學(xué)積分球1及激發(fā)光源7 上滑動(dòng)連接有光學(xué)導(dǎo)軌11，在光學(xué)導(dǎo)軌11滑動(dòng)連接有光學(xué)凸透鏡6且光學(xué)凸透鏡6位于光 學(xué)積分球1與激發(fā)光源7之間，在光學(xué)積分球1上設(shè)有用于放置光轉(zhuǎn)換薄膜或標(biāo)準(zhǔn)白板的 樣品孔4，在光學(xué)積分球1上設(shè)有探測(cè)孔12，所述光譜儀14的光纖13連接于探測(cè)孔12上。 所述積分球1直徑小于150毫米，樣品孔4和入光孔5直徑均小于20毫米。取光學(xué)積分球1、激發(fā)光源7及光譜儀14，在光學(xué)積分球1與激發(fā)光源7之間放置 光學(xué)凸透鏡6，且使由激發(fā)光源7發(fā)出的經(jīng)過(guò)光學(xué)凸透鏡6的激發(fā)光匯聚于光學(xué)積分球1 內(nèi)，在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置標(biāo)準(zhǔn)白板3，再利用光譜儀14采集光學(xué)積分球1內(nèi)的光通量， 撤除標(biāo)準(zhǔn)白板3并在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置貼有光轉(zhuǎn)換樣品的白板3，再利用光譜儀14采 集光學(xué)積分球1內(nèi)的光通量，將貼有光轉(zhuǎn)換樣品的白板3時(shí)得到的光通量除以安裝標(biāo)準(zhǔn)白 板3時(shí)得到的光通量，其結(jié)果為光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率。
權(quán)利要求
一種測(cè)量光伏電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方法，取光學(xué)積分球(1)、激發(fā)光源(7)及光譜儀(14)，其特征在于，步驟1在光學(xué)積分球(1)與激發(fā)光源(7)之間放置光學(xué)凸透鏡(6)，且使由激發(fā)光源(7)發(fā)出的經(jīng)過(guò)光學(xué)凸透鏡(6)的激發(fā)光匯聚于光學(xué)積分球(1)內(nèi)，步驟2在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置標(biāo)準(zhǔn)白板，再利用光譜儀(14)采集光學(xué)積分球(1)內(nèi)的光通量，步驟3撤除標(biāo)準(zhǔn)白板并在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置貼有光轉(zhuǎn)換樣品的白板，再利用光譜儀(14)采集光學(xué)積分球(1)內(nèi)的光通量，步驟4將步驟3得到的光通量除以步驟2得到的光通量，其結(jié)果為光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率。
2.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述測(cè)量光伏電池用光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率的方法的裝 置，包括光學(xué)積分球(1)、激發(fā)光源(7)及光譜儀(14)，其特征在于，所述在光學(xué)積分球 (1)及激發(fā)光源(7)上滑動(dòng)連接有光學(xué)導(dǎo)軌(11)，在光學(xué)導(dǎo)軌(11)滑動(dòng)連接有光學(xué)凸透鏡 (6)且光學(xué)凸透鏡(6)位于光學(xué)積分球(1)與激發(fā)光源(7)之間，在光學(xué)積分球(1)上設(shè)有 用于放置光轉(zhuǎn)換薄膜或標(biāo)準(zhǔn)白板的樣品孔(4)，在光學(xué)積分球(1)上設(shè)有探測(cè)孔(12)，所述 光譜儀(14)的光纖(13)連接于探測(cè)孔(12)上。
全文摘要
測(cè)量裝置包括積分球(1)、凸透鏡(6)及激發(fā)光源(7)且依次安裝在光學(xué)導(dǎo)軌(11)上，在積分球(1)上設(shè)有用于放置光轉(zhuǎn)換薄膜或標(biāo)準(zhǔn)白板的樣品孔(4)，在積分球(1)上設(shè)有探測(cè)孔(12)，光譜儀(14)的光纖(13)連接于探測(cè)孔(12)。測(cè)量方法是先調(diào)整積分球(1)、激發(fā)光源(7)及凸透鏡(6)之間位置，使由激發(fā)光匯聚于標(biāo)準(zhǔn)白板上，利用光譜儀(14)采集積分球(1)內(nèi)的光通量；然后撤除標(biāo)準(zhǔn)白板并在激發(fā)光的匯聚點(diǎn)上放置貼有光轉(zhuǎn)換樣品的白板，再利用光譜儀(14)采集積分球(1)內(nèi)的光通量，將后一次測(cè)量的光通量除以前一次測(cè)量的光通量，其結(jié)果為光轉(zhuǎn)換薄膜外量子效率。
文檔編號(hào)G01J1/04GK101819061SQ201010133819
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者婁朝剛, 張曉兵, 陳衛(wèi), 雷威 申請(qǐng)人:東南大學(xué)