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Cary 5000分光光度計(jì)測定太陽能電池的光學(xué)性能

2024年10月30日 17:25:17人氣:377來源:上海斯邁歐分析儀器有限公司

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,用來表述太陽能電池將光直接轉(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。太陽能電池由多種半導(dǎo)體材料組成,95% 以上的太陽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),形成的電場可使在陽光作用下產(chǎn)生的電荷載體向兩邊分離,通過使用金屬電極,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)典型的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。

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對于任何一個(gè)太陽能電池來說,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。積分球用來收集從固體表面(例如太陽能電池)反射出來的光(包括漫反射或者全反射),應(yīng)用相應(yīng)的樣品固定附件,積分球也可以用來測定太陽能電池的漫透射性能。本應(yīng)用簡報(bào)將就太陽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)測試2 次,采集光譜圖。

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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小(直徑約 1 mm)的圖 1. 典型的太陽能電池結(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: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試太陽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,為了對太陽能電池上的微小面積進(jìn)行采樣測試,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)此類測試。

 

 

 

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