CN101819061A - 测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法及其装置 - Google Patents

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娄朝刚
陈卫
雷威
张晓兵
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Abstract

测量装置包括积分球(1)、凸透镜(6)及激发光源(7)且依次安装在光学导轨(11)上，在积分球(1)上设有用于放置光转换薄膜或标准白板的样品孔(4)，在积分球(1)上设有探测孔(12)，光谱仪(14)的光纤(13)连接于探测孔(12)。测量方法是先调整积分球(1)、激发光源(7)及凸透镜(6)之间位置，使由激发光汇聚于标准白板上，利用光谱仪(14)采集积分球(1)内的光通量；然后撤除标准白板并在激发光的汇聚点上放置贴有光转换样品的白板，再利用光谱仪(14)采集积分球(1)内的光通量，将后一次测量的光通量除以前一次测量的光通量，其结果为光转换薄膜外量子效率。

Description

测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种测量光转换薄膜外量子效率的方法，尤其是用于太阳能电池的光转换薄膜的外量子效率的测量。
背景技术
近几十年来新能源的研究开发在世界各国都表现出其越来越重要的战略意义。在光伏技术研究领域，各国科研人员在为实现更高光电转换效率的研究上投入了大量精力。当今太阳能电池市场仍以单晶硅、多晶硅材料为主，高能光子的很大一部分能量转化为热能而损失了。通过在硅电池表面制备光转换薄膜，将一个高能光子转化为多个能量较低的光子，可以提高太阳能电池的转换效率。准确地测量光转换薄膜的量子效率有助于优化光转换薄膜的性能。
然而当前测量光转换薄膜外量子效率的常用方法对激发光源有一定要求，常用的激发光源有氙灯和各个波长的激光。主要原因是光转换薄膜外量子效率测量方法有两个特征：光转换薄膜外量子效率随着激发光强的增加而提高，因此要求激发光源的强度足够大；而且光转换薄膜外量子效率测量系统中使用的光谱仪对进入积分球内部的光通量有一定要求，不能超过光谱仪的测量范围。然而当前的激发光源主要是通过提高输入电功率来提高激发光强，这样就很难避免积分球内的光通量超出光谱仪的测量量程。因而只能应用较低激发光强，此时测量光转换薄膜的外量子效率较小，并没有测量出光转换薄膜外量子效率最大值。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法及其装置，用该方法测量光转换薄膜外量子效率稳定准确，并且适用于整个可见光范围，本发明在无需提高激发光源的输入电功率且不超出光谱仪测量范围的前提下，就能提高激发强度，降低对激发光源的要求。
技术方案：
本发明所述一种测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法，取光学积分球、激发光源及光谱仪，
步骤1在光学积分球与激发光源之间放置光学凸透镜，且使由激发光源发出的经过光学凸透镜的激发光汇聚于光学积分球内，
步骤2在激发光的汇聚点上放置标准白板，再利用光谱仪采集光学积分球内的光通量，
步骤3撤除标准白板并在激发光的汇聚点上放置贴有光转换样品的白板，再利用光谱仪采集光学积分球内的光通量，
步骤4将步骤3得到的光通量除以步骤2得到的光通量，其结果为光转换薄膜外量子效率。
本发明所述一种用于上述测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法的装置，包括：光学积分球、激发光源及光谱仪，其特征在于，所述在光学积分球及激发光源上滑动连接有光学导轨，在光学导轨滑动连接有光学凸透镜且光学凸透镜位于光学积分球与激发光源之间，在光学积分球上设有用于放置光转换薄膜或标准白板的样品孔，在光学积分球上设有探测孔，所述光谱仪的光纤连接于探测孔上。
有益效果：当前的激发光源主要是通过提高输入电功率来提高激发光强，这样就很难避免积分球内的光通量超出光谱仪的测量量程。因而只能应用较低激发光强，此时测量光转换薄膜的外量子效率较小，并没有测量出光转换薄膜外量子效率最大值。本发明中在激发光源和样品之间放置光学凸透镜，并且将样品置于凸透镜的焦点处。在不提高激发光源的输出功率的前提下，通过使用光学凸透镜，使得照射在光转换薄膜样品表面的激发光强得以成倍提高，因而提高了光转换薄膜的外量子效率，使得测量效果更加理想，同时，这些技术措施也使本发明的成本得以大大降低。同样由于使用了光学凸透镜，并不需要提高激发光源的输出功率，因而入射到光学积分球内部的光通量并没有显著增多，不至于超出光谱仪的测量范围。因此，使用光学凸透镜不仅有助于降低对激发光源的要求，例如普通的发光二极管就可以作为激发光源；而且有助于提高光转换薄膜外量子效率测量的准确性。
附图说明
图1是测量太阳能电池用光转换薄膜外量子效率的示意图。其中有：光学积分球1、光转换薄膜样品2、白板3、样品孔4、积分球入光孔5、光学凸透镜6、激发光源7、积分球支架8、光学凸透镜支架9、激发光源支架10、光学导轨11、积分球探测孔12、光纤线13、光谱仪14、联接电脑和光谱仪的USB数据线15。
图2是本发明所述方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方案1
在本例中，我们以测量钇铝石榴石荧光粉薄膜外量子效率为例来说明如何实现本发明。具体步骤如下：
步骤1将未涂有光转换薄膜的标准白板3放置于的积分球1样品孔4处，
步骤2调整积分球1、光学凸透镜6和激发光源7之间位置，使得光线的焦点位于样品表面，
步骤3用光谱仪14测量积分球1内的光通量φ1，
步骤4将贴有钇铝石榴石荧光粉薄膜样品的白板3替换样品孔处的标准白板3，重复步骤2、3，测得积分球内的光通量φ2，
步骤5用φ2除以φ1就是光转换薄膜的外量子效率。
具体实施方案2
在本例中，我们以测量硅酸锶荧光粉薄膜外量子效率为例来说明如何实现本发明。具体步骤如下：
步骤1将未涂有光转换薄膜的标准白板3放置于的积分球1样品孔4处，
步骤2调整积分球1、光学凸透镜6和激发光源7之间位置，使得光线的焦点位于样品表面，
步骤3用光谱仪14测量积分球1内的光通量φ1，
步骤4将贴有硅酸锶荧光粉薄膜样品的白板3替换样品孔处的标准白板3，重复步骤2、3，测得积分球内的光通量φ2，
步骤5用φ2除以φ1就是光转换薄膜的外量子效率。
具体实施方案3
一种测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法，取光学积分球1、激发光源7及光谱仪14，
步骤1在光学积分球1与激发光源7之间放置光学凸透镜6，且使由激发光源7发出的经过光学凸透镜6的激发光汇聚于光学积分球1内，
步骤2在激发光的汇聚点上放置标准白板，再利用光谱仪14采集光学积分球1内的光通量，
步骤3撤除标准白板并在激发光的汇聚点上放置贴有光转换样品的白板，再利用光谱仪14采集光学积分球1内的光通量，
步骤4将步骤3得到的光通量除以步骤2得到的光通量，其结果为光转换薄膜外量子效率。
具体实施方案4
一种用于实现具体实施方案3所述测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法的装置，包括：光学积分球1、激发光源7及光谱仪14，所述在光学积分球1及激发光源7上滑动连接有光学导轨11，在光学导轨11滑动连接有光学凸透镜6且光学凸透镜6位于光学积分球1与激发光源7之间，在光学积分球1上设有用于放置光转换薄膜或标准白板的样品孔4，在光学积分球1上设有探测孔12，所述光谱仪14的光纤13连接于探测孔12上。所述积分球1直径小于150毫米，样品孔4和入光孔5直径均小于20毫米。
取光学积分球1、激发光源7及光谱仪14，在光学积分球1与激发光源7之间放置光学凸透镜6，且使由激发光源7发出的经过光学凸透镜6的激发光汇聚于光学积分球1内，在激发光的汇聚点上放置标准白板3，再利用光谱仪14采集光学积分球1内的光通量，撤除标准白板3并在激发光的汇聚点上放置贴有光转换样品的白板3，再利用光谱仪14采集光学积分球1内的光通量，将贴有光转换样品的白板3时得到的光通量除以安装标准白板3时得到的光通量，其结果为光转换薄膜外量子效率。

Claims (2)

1.一种测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法，取光学积分球(1)、激发光源(7)及光谱仪(14)，其特征在于，
步骤1在光学积分球(1)与激发光源(7)之间放置光学凸透镜(6)，且使由激发光源(7)发出的经过光学凸透镜(6)的激发光汇聚于光学积分球(1)内，
步骤2在激发光的汇聚点上放置标准白板，再利用光谱仪(14)采集光学积分球(1)内的光通量，
步骤3撤除标准白板并在激发光的汇聚点上放置贴有光转换样品的白板，再利用光谱仪(14)采集光学积分球(1)内的光通量，
步骤4将步骤3得到的光通量除以步骤2得到的光通量，其结果为光转换薄膜外量子效率。
2.一种用于实现权利要求1所述测量光伏电池用光转换薄膜外量子效率的方法的装置，包括：光学积分球(1)、激发光源(7)及光谱仪(14)，其特征在于，所述在光学积分球(1)及激发光源(7)上滑动连接有光学导轨(11)，在光学导轨(11)滑动连接有光学凸透镜(6)且光学凸透镜(6)位于光学积分球(1)与激发光源(7)之间，在光学积分球(1)上设有用于放置光转换薄膜或标准白板的样品孔(4)，在光学积分球(1)上设有探测孔(12)，所述光谱仪(14)的光纤(13)连接于探测孔(12)上。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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