太陽(yáng)能電池專業(yè)光譜成像及特性分析系統(tǒng)太陽(yáng)能電池是一種通過光電效應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化為電能裝置

太陽(yáng)能電池專業(yè)光譜成像及特性分析系統(tǒng)

太陽(yáng)能電池是一種通過光電效應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化為電能裝置相結合。由于太陽(yáng)能是一種清潔能源，因此光伏技術(shù)近年來備受關(guān)注製高點項目。光伏材料的轉(zhuǎn)換效率隨著技術(shù)的發(fā)展也有了顯著的提高為產業發展。例如自從2009年日本科學(xué)家Miyasaka報(bào)道鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以來，在短短的幾年內(nèi)有所增加，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%上升到22.7%各項要求。盡管鈣鈦礦電池?fù)碛兄T多優(yōu)點(diǎn)，但是由于材料的不均一性和無法低成本大規(guī)模生產(chǎn)限制了鈣鈦礦電池的發(fā)展越來越重要的位置。為了解決這些問題新技術，研究人員需要高性能和專業(yè)的測(cè)試工具研究材料性能的空間分布。

  為了解決這些問題結構重塑，加拿大Photon 公司和法國(guó)光電能源研究和發(fā)展研究所為太陽(yáng)能電池分析共同研發(fā)了成像設(shè)備（IMA™）聽得懂。基于的體濾波片技術(shù)高質量發展，采用革新的二維成像技術(shù)全方位，不同于常規(guī)的設(shè)備，這是一款一次性可全視野成像的設(shè)備影響力範圍，可快速獲得鈣鈦礦電池的熒光成像和電致發(fā)光成像大局，用于研究產(chǎn)品的缺陷新創新即將到來、約束條件和光電特性的。

與傳統(tǒng)的共聚焦顯微成像設(shè)備相比有序推進，高光譜成像設(shè)備擁有以下優(yōu)勢(shì)：

1） 單次整視場(chǎng)成像設施。與常規(guī)的共聚焦顯微鏡需要逐點(diǎn)掃描或逐行推掃所不同，該高光譜成像系統(tǒng)允許在顯微鏡下獲取整個(gè)視場(chǎng)不同波長(zhǎng)的像配套設備。使用百萬像素相機(jī)更優質，通過濾波后圖像的采集可提供樣品表面數(shù)百萬個(gè)點(diǎn)上的光譜信息。這種成像方式將打打減小圖像采集時(shí)間推進高水平，與傳統(tǒng)成像方式比較時(shí)間將減少2-3個(gè)數(shù)量級(jí)脫穎而出。例如，采集150′150μm²光譜信息生產創效，使用高光譜成像設(shè)備只需要大概8分鐘結構，但是使用常規(guī)共聚焦設(shè)備需要幾百個(gè)小時(shí)才能完成。

2） 在PL成像實(shí)驗(yàn)中該系統(tǒng)的激發(fā)光源在視野中的強(qiáng)度是均勻分布的優化上下。在傳統(tǒng)的共聚焦設(shè)備中能力建設，激發(fā)光源是聚焦在一個(gè)點(diǎn)上（~1μm²），這將導(dǎo)致載流子向沒有激光照射的區(qū)域遷移造成載流子復(fù)合生產體系，使的PL信號(hào)明顯降低服務，需要將激發(fā)光的功率提高到 1000個(gè)太陽(yáng)的光照這與光伏材料的工作環(huán)境嚴(yán)重不符，并對(duì)結(jié)果的提取與解釋帶來諸多影響參與水平。由于高光譜成像設(shè)備的光源是均勻的照射到樣品上的大型，因此避免了上述情況，并且光源功率可從1-500個(gè)太陽(yáng)的光照可調(diào)明確相關要求。

3） 可獲得光譜強(qiáng)度的定量值重要意義。PL（photoluminescence）和EL（Electroluminescence）包含了材料或器件的諸多信息，但是傳統(tǒng)熒光技術(shù)表征提供的數(shù)據(jù)單位都是arbitrary units深化涉外， 這并不是一個(gè)定量的數(shù)值體系，這將大大限制了對(duì)光譜結(jié)果的深度挖掘。為了解決該問題開展試點，IRDEP和Photon 研發(fā)了定量校準(zhǔn)辦法攜手共進，使該高光譜設(shè)備可以確定在固定能量的激發(fā)光下，樣品每個(gè)點(diǎn)發(fā)射光子的定量數(shù)值推進一步。通過這種校準(zhǔn)經過，研究人員可進(jìn)一步探究普朗克定律，和太陽(yáng)能電池的外部量子效率（EQE）和在給定電壓下電致發(fā)光的相互關(guān)系力度。以及Voc和飽和電流等明確了方向。

高光譜成像設(shè)備在光伏領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例

1）CIS太陽(yáng)能電池

如圖2 顯示了CIS樣品的圖像，其中使用的激發(fā)光波長(zhǎng)為532nm勇探新路。整視野成像可以快速探測(cè)樣品空間上不均勻性單產提升，通過該技術(shù)研究人員可以監(jiān)控不同屬性在空間上的分布就此掀開。圖1，為圖2上所選區(qū)域的光譜信息今年。此外穩步前行，通過光譜的定量校正還可以得到設(shè)備的光電特性（例如：EQE， Voc等）

2）CIGS微電池

我們主要利用高光譜設(shè)備探究了CIGS太陽(yáng)能電池的光致發(fā)光光譜成像（532nm動手能力，激光強(qiáng)度為580個(gè)太陽(yáng)輻射）和電致發(fā)光光譜成像（使用源表逐步改善，Vapp = 0.95 V.）。圖1引領，顯示了CIGS的PL和EL光譜自動化裝置，并通過定量校正，結(jié)合廣義普朗克定律分別獲得了準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂Δμeff應用前景，并利用太陽(yáng)能電池和LEDS之間的相互關(guān)系，通過EL圖譜可以推到出EQE運行好，等信息首次。

3）GaAs太陽(yáng)能電池

我們利用高光譜成像設(shè)備采集了GaAs太陽(yáng)能電池的光致發(fā)光光譜成像，利用該設(shè)備的定量校準(zhǔn)技術(shù)部署安排，可以獲得在固定能量的激發(fā)光下搖籃，樣品每個(gè)點(diǎn)發(fā)射光子的定量數(shù)值，這一功能可以是科研人員可以從PL圖像中直接獲得太陽(yáng)能電池的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂圖Δμeff推廣開來。準(zhǔn)費(fèi)米能力具有重要意義推動，因?yàn)樗c電池的電壓和飽和電流相關(guān)。如圖1資源配置，為GaAs的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂Δμeff/q 的二維圖信息，這是利用GaAs太陽(yáng)能電池的定量光致發(fā)光圖譜根據(jù)廣義普朗克定律計(jì)算出來。測(cè)量的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂為Δμeff= 1.1676±0.010eV大力發展，在電接觸附近（圖1中間的垂直藍(lán)線）和電池的外部邊界附近有稍微下降豐富內涵。結(jié)果與之前的GaAs文獻(xiàn)中的研究結(jié)果一致。

4）鈣鈦礦設(shè)備

近年來產能提升，以CH3NH3PbI3為代表的具有鈣鈦礦晶型的有機(jī)金屬鹵化物在光電領(lǐng)域的應(yīng)用吸引了廣泛的研究興趣適應性。作為一種新興的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換材料，它具有高消光系數(shù)(105 cm-1)通過活化、長(zhǎng)載流子壽命(~μs)落地生根、低缺陷態(tài)濃度、低激子束縛能以及可低成本溶劑制備等諸多優(yōu)點(diǎn)健康發展∮行ПＵ?；谠擃惒牧系谋∧ぬ?yáng)能電池(鈣鈦礦太陽(yáng)能電池) 的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過22%，超過了多晶硅太陽(yáng)能電池模式，具有較好的應(yīng)用前景自動化。同時(shí)提升，該材料在光電探測(cè)、發(fā)光不折不扣、高能射線探測(cè)及非線性光學(xué)等方面均展現(xiàn)出良好的性能支撐能力，成為光電物理、材料(器件)物理和化學(xué)等交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)高效利用。但是關(guān)于鈣鈦礦電池的諸多工作機(jī)制還不是很清楚特征更加明顯，因此利用高光譜成像設(shè)備研究了CH3NH3PbI3太陽(yáng)能電池的主要性能，進(jìn)行了空間和光譜分辨的EL和PL成像講理論。EL采用源表施加的電壓范圍是1.05至1.2V的可能性，PL使用的是532nm的激光（約30個(gè)太陽(yáng)輻射）。通過定量校準(zhǔn)服務為一體，從EL和PL光譜直接獲得了準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂和電子傳輸效率問題，如下圖所示。

5）鈣鈦礦晶體

隨著有機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池快速發(fā)展全會精神，過去幾年尋求靈活系統穩定性，廉價(jià)且易于加工的光伏材料取得了新的進(jìn)展它們具有高載流子遷移率，可見和可調(diào)諧帶隙的強(qiáng)吸收性使其成為生產(chǎn)低成本太陽(yáng)能電池板的理想選擇集中展示。然而實力增強，有一個(gè)缺點(diǎn)：它們的穩(wěn)定性是不穩(wěn)定的，那么更好地了解光物理學(xué)和退化機(jī)制至關(guān)重要探索創新。Photon公司的高光譜成像平臺(tái)提供了有力的工具帶來全新智能。通過光學(xué)測(cè)量的辦法該設(shè)備可以快速表征2D和3D鈣鈦礦或全部光伏設(shè)備的結(jié)構(gòu)。此外該設(shè)備還可以檢測(cè)以下特性：表面缺陷新產品、相分離去完善、晶界等。如圖1推進高水平，為鈣鈦礦晶體的熒光圖譜

圖2 為鈣鈦礦材料的透射率成像

產(chǎn)品參數(shù)：