斬波單色儀和量子效應(yīng)檢測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池的測(cè)量技術(shù)，尤其是涉及一種斬波單色儀和量子效應(yīng)檢測(cè) 儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球能源需求量的逐年增加，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，能源問(wèn)題成為世界各 國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展遇到的首要問(wèn)題.太陽(yáng)能作為一種綠色能源，市場(chǎng)潛力、應(yīng)用前景不可估量，太 陽(yáng)能研發(fā)、應(yīng)用中都需進(jìn)行太陽(yáng)能電池性能測(cè)試。太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵指標(biāo)包括：光電轉(zhuǎn)換效 率與量子效率。
[0003] 太陽(yáng)能電池的量子效率是指太陽(yáng)能電池的電荷載流子數(shù)目與照射在太陽(yáng)能電池 表面一定能量的光子數(shù)目的比率。量子效應(yīng)可分為內(nèi)量子效應(yīng)和外量子效應(yīng)。
[0004] 當(dāng)光子入射到光敏器材（如CCD等）的表面時(shí)，被吸收的那部分光子會(huì)激發(fā)光敏 材料會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，形成電流，此時(shí)產(chǎn)生的電子與被吸收的光子之比，就是內(nèi)量子效率 (internal quantum efficiency)。外量子效率即電子轉(zhuǎn)化效率，定義為單位時(shí)間內(nèi)外電路 中產(chǎn)生的電子數(shù)Ne與單位時(shí)間內(nèi)的入射單色光子數(shù)Np之比。
[0005]
[0006] 理想中的太陽(yáng)能電池的量子效率是一個(gè)常數(shù)，即入射不同波長(zhǎng)的入射光，太陽(yáng)能 電池量子效率是一個(gè)常數(shù)。然而由于再結(jié)合效應(yīng)和太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的原因，太陽(yáng)能電池的 量子效應(yīng)是隨波長(zhǎng)改變的參數(shù)。太陽(yáng)能電池的量子效率與太陽(yáng)能電池對(duì)照射在太陽(yáng)能電池 表面的各個(gè)波長(zhǎng)的光的響應(yīng)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中，常采用量子效應(yīng)檢測(cè)儀來(lái)測(cè)量太陽(yáng)能電池的量 子效應(yīng)。
[0007] 量子效應(yīng)檢測(cè)儀：用強(qiáng)度可調(diào)的偏置光照射太陽(yáng)能電池，模擬其不同的工作狀態(tài)， 同時(shí)測(cè)量太陽(yáng)能電池在不同波長(zhǎng)的單色光照射下產(chǎn)生的短路電流，從而得到太陽(yáng)能電池 的絕對(duì)光譜響應(yīng)與量子效率。
[0008] 太陽(yáng)能電池（光伏材料）光譜響應(yīng)測(cè)試、量子效率QE(Quantum Efficiency) 測(cè)試、光電轉(zhuǎn)換效率 IPCE(Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency)測(cè)試等，廣義來(lái)說(shuō)，就是測(cè)量光伏材料在不同波長(zhǎng)光照條件下的光生電流、光 導(dǎo)等。
[0009] 量子效應(yīng)檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要太陽(yáng)光模擬光源、單色儀、斬波器、光學(xué)系統(tǒng)、鎖相 放大器、前置放大器。對(duì)于調(diào)制光響應(yīng)慢、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池（如染料敏化太陽(yáng)能 電池），斬波器的最低調(diào)制頻率4Hz也無(wú)法得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，量子效應(yīng)檢測(cè)儀還需要加 入直流光測(cè)量模式。一般來(lái)說(shuō)，鎖相放大器無(wú)法測(cè)量直流信號(hào)，對(duì)于這種直流數(shù)據(jù)的采集， 量子效應(yīng)檢測(cè)儀內(nèi)需要高精度直流放大器。所述現(xiàn)有技術(shù)的量子效應(yīng)檢測(cè)儀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成 本尚昂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種斬波單色儀和量子效應(yīng)檢測(cè)儀，旨在解決現(xiàn)有的斬波 單色儀或量子效應(yīng)檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)過(guò)高的技術(shù)缺陷。
[0011] 為此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種斬波單色儀，包括反射鏡、光柵、數(shù)字微鏡器件、電 源模塊和控制電路，所述電源模塊分別與所述數(shù)字微鏡器件和所述控制電路連接，所述反 射鏡設(shè)于所述光柵前方，所述光柵設(shè)于所述數(shù)字微鏡器件的前方，入射光經(jīng)所述反射鏡后， 投射于光柵后分成若干光束后，所述數(shù)字微鏡器件選擇至少一光束反射后輸出。
[0012] 優(yōu)選地，還包括顯示模塊、通訊模塊和輸入輸出模塊，所述通訊模塊包括USB通訊 電路和/或RS232通訊電路。
[0013] 優(yōu)選地，還包括反射透鏡組，所述反射透鏡組包括同軸設(shè)置的第一凸透鏡和第二 凸透鏡，所述第一凸透鏡和第二凸透鏡的焦點(diǎn)重合，并且所述第一凸透鏡的投影面積大于 所述第二凸透鏡，所述數(shù)字微鏡器件反射出的光束依次經(jīng)所述第一凸透鏡和第二凸透鏡射 出。
[0014] 優(yōu)選地，還包括入射細(xì)縫和出射細(xì)縫，入射光經(jīng)所述入射細(xì)縫進(jìn)入所述光柵，所述 反射透鏡組輸出的光束經(jīng)所述出射細(xì)縫射出。
[0015] 優(yōu)選地，所述數(shù)字微鏡器件包括912x 1140的微鏡陣列。
[0016] 另外，本發(fā)明還提供一種量子效應(yīng)檢測(cè)儀，包括光源、前置放大器、鎖相放大器和 控制分析模塊，還包括上述的斬波單色儀，所述光源發(fā)出的光線依次經(jīng)所述斬波單設(shè)儀和 待測(cè)太陽(yáng)能電池，所述前置放大器的輸入端與所述待測(cè)太陽(yáng)能電池連接，輸出端與所述鎖 相環(huán)放大器的輸入端連接，所述鎖相放大器的另一輸入端與所述斬波單色儀的頻率輸出端 連接，所述鎖相放大器的輸出端與所述控制分析模塊連接。
[0017] 優(yōu)選地，還包括分束鏡、光學(xué)系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池，所述光源發(fā)出的光線依次經(jīng) 所述斬波單色儀和分束鏡，所述光學(xué)系統(tǒng)和待測(cè)太陽(yáng)能電池的安裝位依次位于所述分束鏡 的第一光路上，標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的安裝位設(shè)于所述分束鏡的第二光路上。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的斬波單色儀采用數(shù)字微鏡器件進(jìn)行獲取單 色光線，不僅具有單色儀功能，且還可以通過(guò)數(shù)字微鏡的開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)行斬波，具有超寬頻 域的斬波調(diào)制功能。由于本發(fā)明實(shí)施例提供的斬波單色儀沒(méi)有采用步進(jìn)電機(jī)或其他機(jī)械的 方式進(jìn)行分光或斬波，降低了電子-機(jī)械轉(zhuǎn)換過(guò)程中帶來(lái)的誤差，有利于提高單色儀分辨 率。
[0019] 而且，本發(fā)明實(shí)施提供的斬波單色儀無(wú)需再搭載獨(dú)立的斬波器系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了量子 效應(yīng)檢測(cè)儀系統(tǒng)。斬波單色儀的超低頻斬波模式融合了直流模式測(cè)量和交流模式測(cè)量?jī)烧?的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需搭載直流模式測(cè)量所需的高精度直流放大器系統(tǒng)，超低頻斬波模式搭載鎖相 放大器即可滿足現(xiàn)有技術(shù)的直流模式測(cè)量和交流模式測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的斬波單色儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的斬波單色儀的數(shù)字微鏡器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的量子效應(yīng)檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖中：
[0024] 10 :光源；20 :斬波單色儀；21 :光柵；22 :數(shù)字微鏡器件；23 :控制電路；231 :USB 通訊電路；232 :RS232通訊電路；233 :輸入輸出模塊；24 :凸透鏡組；241 :第一凸透鏡； 242 :第二凸透鏡；25 :電源模塊；26 :黑體材料；27 :入射細(xì)縫；28 :出射細(xì)縫；29 :反射鏡； 30 :分束鏡；40 :標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池；41 :待測(cè)太陽(yáng)能電池；50 :鎖相放大器；60 :前置放大器； 70 :光學(xué)系統(tǒng)；80 :控制分析模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026] 參見(jiàn)圖1，圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的斬波單色儀的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1示出的 實(shí)施方式中，該結(jié)構(gòu)的斬波單色儀20包括光柵21、數(shù)字微鏡器件22、電源模塊25和控制電 路23,以及入射細(xì)縫27和出射細(xì)縫28,其中，電源模塊25分別與數(shù)字微鏡器件22和控制 電路23連接。
[0027] 入射光經(jīng)入射細(xì)縫27進(jìn)入反射鏡29,反射到光柵21，反射鏡29設(shè)于光柵21的前 方，光柵21設(shè)于數(shù)字微鏡器件22的前方，入射光經(jīng)反射鏡29投射在光柵21后，分成若干 光束后，數(shù)字微鏡器件22選擇至少一光束反射后輸出。其中，光柵21有三種光柵結(jié)構(gòu)可供 選擇，三種光柵分別對(duì)應(yīng)輸出不同的波長(zhǎng)范圍的光線。
[0028] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，該結(jié)構(gòu)的斬波單色儀20還包括顯示模塊、通訊模塊和 輸入輸出模塊233,通訊模塊包括USB通訊電路231和/或RS232通訊電路232。
[0029] 在另外一些實(shí)施方式中，斬波單色儀20還包括反射透鏡組，反射透鏡組包括同軸 設(shè)置的第一凸透鏡241和第二凸透鏡242,第一凸透鏡241和第二凸透鏡242的焦點(diǎn)重合， 并且第一凸透鏡241的投影面積大于第二凸透鏡242,數(shù)字微鏡器件22反射出的光束依次 經(jīng)第一凸透鏡241和第二凸透鏡242射出，反射透鏡組輸出的光束可以經(jīng)出射細(xì)縫28射 出。微鏡反射出的單色光有一定間距，放置一個(gè)與數(shù)字微鏡器件22大小相當(dāng)?shù)牡谝煌雇哥R 241將所有反射的單色光聚焦，放置另一個(gè)較小的第二凸透鏡242,使兩者焦點(diǎn)重合，凸透 鏡結(jié)構(gòu)可使得平行光間距縮小，使不同波長(zhǎng)的單色光從一個(gè)寬度可調(diào)的縫隙射出。
[0030] 從圖2示出的斬波單色儀20可以看出，區(qū)別于傳統(tǒng)的單色儀，本發(fā)明實(shí)施方式提 供的單色儀沒(méi)有采用步進(jìn)電機(jī)或其他機(jī)械的方式進(jìn)行分光或斬波，降低了電子-機(jī)械轉(zhuǎn)換 過(guò)程中帶來(lái)的誤差，有利于提高單色儀分辨率。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例提供的斬波單色儀20 將斬波的功能融合到單色儀，以單一器件同時(shí)實(shí)現(xiàn)斬波和單色儀兩者功能，無(wú)需再搭載獨(dú) 立的斬波器系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了量子效應(yīng)檢測(cè)儀系統(tǒng)。斬波單色儀20的超低頻斬波模式融合了直 流模式測(cè)量和交流模式測(cè)量?jī)烧叩膬?yōu)勢(shì)，無(wú)需搭載直流模式測(cè)量所需的高精度直流放大器 系統(tǒng)，超低頻斬波模式搭載鎖相放大器50即可滿足現(xiàn)有技術(shù)的直流模式測(cè)量和交流模式 測(cè)量。
[0031] 在應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的斬波單色儀20的過(guò)程中，復(fù)合光通過(guò)入射細(xì)縫27射 入斬波單色儀20內(nèi)，通過(guò)光柵21將不同波長(zhǎng)的光線分離開(kāi)來(lái)，使得復(fù)合光分成了若干束有 一定間距、平行的單色光。平行的單色光經(jīng)過(guò)一定距離投射在數(shù)字微鏡器件22上，不同波 長(zhǎng)的單色光投射在數(shù)字微鏡器件22的位置不同。根據(jù)使用者選擇輸出光源波長(zhǎng)，開(kāi)啟該單 色光投射位置對(duì)應(yīng)的微鏡，開(kāi)閉其余位置微鏡，從而可以達(dá)到分光的效果。單色光投射在處 于開(kāi)啟狀態(tài)的微鏡，光線經(jīng)過(guò)反射，進(jìn)入凸透鏡組24,最終從可調(diào)的細(xì)縫中射出。而其余波 長(zhǎng)的光投射在處于關(guān)閉狀態(tài)的微鏡時(shí)，光線經(jīng)過(guò)反射被黑體材料26吸收，從而達(dá)到將復(fù)合 光分成單色光的作用。
[0032] 單色儀的分辨率由下三式給出：
[0036] 其中：D0(角色散本領(lǐng)）是：對(duì)于一定波長(zhǎng)差SA的兩條譜線，其角距離有多大。
[0037] h(線色散本領(lǐng)）是：對(duì)于一定波長(zhǎng)差SA的兩條譜線，其在屏幕上的距離有多 大。
[0038] R(色分辨能力）是：根據(jù)瑞利判據(jù)，兩條具有一定寬度的譜線能夠被分辨出來(lái)的 能力。
[0039] 其中k為衍射級(jí)數(shù)，取k=