犐犆犛２７．１６０；４９．１４０

犉１２；犞７６

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犌犅／犜３８２００—２０１９

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犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉狇狌犪狀狋狌犿犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔狅犳狊狅犾犪狉犮犲犾犾狊

２０１９１０１８??２０２００５０１??

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前言

本標(biāo)準(zhǔn)按照ＧＢ／Ｔ１．１—２００９給出的規(guī)則起草。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國宇航技術(shù)及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（ＳＡＣ／ＴＣ４２５）提出并歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：上?？臻g電源研究所、中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：楊洪東、劉智、姜德鵬、池衛(wèi)英、陸劍峰、倪家偉、陳國鈴、瞿軼、張怡薇、譚雪雁、

許冬彥。

Ⅰ

犌犅／犜３８２００—２０１９

太陽電池量子效率測試方法

１范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了太陽電池量子效率測試的條件、原理、測試和數(shù)據(jù)處理方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于單結(jié)、多結(jié)各類型太陽電池量子效率的測試。

２規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

ＧＢ／Ｔ２２９７—１９８９太陽光伏能源系統(tǒng)術(shù)語

３術(shù)語和定義

ＧＢ／Ｔ２２９７—１９８９界定的術(shù)語和定義適用于本文件。

４測試目的

通過本標(biāo)準(zhǔn)所給方法獲得的太陽電池量子效率可用于表征太陽電池器件光生載流子能力與器件結(jié)構(gòu)。

５樣品準(zhǔn)備與測試條件

樣品準(zhǔn)備與測試條件要求如下：

ａ）被測器件樣品應(yīng)是穩(wěn)定的，不因光照而發(fā)生性能變化；

ｂ）環(huán)境壓力：常壓；

ｃ）樣品測試溫度：２５℃±２℃。

６測試原理

用不同波長的單色光輻照太陽電池，當(dāng)光子能量大于太陽電池材料相應(yīng)帶隙寬度時，則會激發(fā)出電

子空穴對；而在外部形成回路時，則光生載流子形成電流。太陽電池量子效率定義為一個具有一定波

長的入射光子在外電路中產(chǎn)生電子空穴對的數(shù)目。則太陽電池在入射光波長為λ的光子照射下的量

子效率ＥＱＥ（λ）可表達(dá)為式（１）。

ＥＱＥ（λ）＝

狀

Φ（λ）

…………（１）

式中：

Φ（λ）———單位面積上入射光的光子通量，單位為焦耳（Ｊ）；

狀———單位面積上光生載流子數(shù)?？捎墒剑ǎ玻┯嬎恪?/p>

狀＝犑ｐｈ

狇

…………（２）

１

犌犅／犜３８２００—２０１９

式中：

犑

ｐｈ

———光生電流密度，單位為安培每平方米（Ａ／ｍ２）；

狇———基本電荷，單位為庫侖（Ｃ），１狇≈１．６０２×１０－１９Ｃ。

式（１）中的Φ（λ）可通過輻照度探測器測得單色光的強(qiáng)度為犈（λ），單位為焦耳，則單位面積光子通

量可由式（３）計算。

Φ（λ）＝２π·犈（

λ）

犺犮

……（３）

式中：

λ———單色光波長，單位為米（ｍ）；

犺———普朗克常數(shù)，單位為焦耳秒（Ｊ·ｓ），６．６２６×１０－３４Ｊ·ｓ；

犮———光速，單位為米每秒（ｍ／ｓ），３．０×１０

８ｍ／

ｓ。

若使用已知光譜響應(yīng)的參考太陽電池作為光束輻照度探測器時，則待測電池的量子效率可表達(dá)為

式（４）。

ＥＱＥ（λ）＝ＥＱＥ′（λ）犑ＳＣ（

λ）

犑ＳＣ′（λ）

…………（４）

式中：

ＥＱＥ′（λ）———參考太陽電池的量子效率；

犑ＳＣ（λ）———待測太陽電池在給定輻照度下的短路電流密度，單位為安培每平方米（Ａ／ｍ２）；

犑ＳＣ′（λ）———參考太陽電池在給定輻照度下的短路電流密度，單位為安培每平方米（Ａ／ｍ２）。

７量子效率測試

７．１基本要求

７．１．１允許采用恒定光或脈沖光測量太陽電池的量子效率，

但應(yīng)注意把單色光光路、測試電池和輻照

度探測器等用減反射的光密封箱嚴(yán)格密封，并防止其他熱輻射干擾。雜散輻射強(qiáng)度應(yīng)小于總輻射強(qiáng)度

的０．１％。當(dāng)用不同方法測量太陽電池量子效率的結(jié)果不一致時，應(yīng)以調(diào)制光測量方法為仲裁方法。

７．１．２一般采用調(diào)制光測量太陽電池的量子效率，

如圖１所示。

圖１太陽電池量子效率測試裝置方框圖

２

犌犅／犜３８２００—２０１９

７．１．３測量儀器和標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)符合相關(guān)計量標(biāo)準(zhǔn)要求，

經(jīng)計量機(jī)構(gòu)檢定合格或校準(zhǔn)后，并在有效期內(nèi)。

７．２測試裝置要求

７．２．１光源

光源要求如下：

ａ）光源可采用有足夠輻照度的鹵鎢燈、穩(wěn)態(tài)氙燈或其他光源；

ｂ）光源的光譜范圍需覆蓋待測太陽電池光譜響應(yīng)波長范圍，優(yōu)選穩(wěn)態(tài)氙燈＋鹵鎢燈組合光源，分

別用于短波與中長波；

ｃ）光源輻照度不穩(wěn)定度優(yōu)于０．５％／ｈ，并有監(jiān)視探測器監(jiān)測光源的不穩(wěn)定性。

７．２．２單色器

單色器要求如下：

ａ）光柵單色器、棱鏡單色器或濾光片組等均能產(chǎn)生單色光（窄波段），可根據(jù)實際情況選擇，推薦

選擇兩個以上光柵的單色儀；

ｂ）光柵單色儀各波長帶寬均勻，注意消除二級光譜的影響，波長分辨率優(yōu)于０．２ｎｍ，波長準(zhǔn)確性

優(yōu)于１ｎｍ。

７．２．３偏置光

偏置光要求如下：

ａ）偏置光是一種非調(diào)制的恒定光，可采用鹵鎢燈、氙燈與濾波片組合的方式，也可采用大功率激

光器光源；

ｂ）偏置光源帶通波段需與多結(jié)太陽電池對應(yīng)的帶隙組合結(jié)構(gòu)相匹配，使待測子電池電流受限。

７．２．４輻照度探測器

輻照度探測器要求如下：

ａ）一般采用量值有效溯源、光譜響應(yīng)度已知的光電探測器或標(biāo)準(zhǔn)太陽電池作為參考太陽電池，用

參考太陽電池作為輻照度探測器；

ｂ）參考太陽電池的光譜響應(yīng)范圍應(yīng)覆蓋待測太陽電池的光譜響應(yīng)范圍。

７．２．５測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)要求如下：

ａ）樣品臺應(yīng)具有控溫與升降調(diào)節(jié)能力，可使待測電池與輻照度探測器在同一平面上，建議使用真

空吸附平臺；

ｂ）溫度測量誤差不超過±１℃；

ｃ）測溫傳感器盡量靠近被測樣品ＰＮ結(jié)；

ｄ）測量電流、電壓儀表的最大允許誤差不超過使用量程的±０．１％；

ｅ）采樣電阻一般采用０．０１級以上的標(biāo)準(zhǔn)電阻器，取最小值，盡可能保證短路條件；

ｆ）鎖相放大器要求工作穩(wěn)定，漂移優(yōu)于５×１０－６／℃，線性優(yōu)于０．２％；

ｇ）電流表精度要高于５ｎＡ；

ｈ）偏置電源建議采用電子數(shù)字源表。

３

犌犅／犜３８２００—２０１９

７．２．６測試裝置

按照圖１將各部分裝配成完整的測試裝置，可采用兩種設(shè)計形式：

ａ）手工操作，手工記錄數(shù)據(jù)和計算；

ｂ）在計算機(jī)控制下自動測量，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并輸出結(jié)果。

建議測量裝置設(shè)計成為計算機(jī)控制形式。

７．３單結(jié)太陽電池測試步驟

單結(jié)太陽電池測試步驟如下：

ａ）打開光源并穩(wěn)定一段時間至光源穩(wěn)定輸出，滿足穩(wěn)定度要求；

ｂ）調(diào)節(jié)測試臺的溫度到規(guī)定溫度；

ｃ）用輻照度探測器校準(zhǔn)單色光的能量；

ｄ）將待測電池移到單色光源下，并調(diào)節(jié)到與輻照度探測器校準(zhǔn)時的同一水平面上；

ｅ）在輻照度穩(wěn)定的條件下，測量并記錄太陽電池隨單色光波長變化的電流值。

７．４多結(jié)太陽電池測試步驟

多結(jié)太陽電池測試步驟如下：

ａ）打開光源并穩(wěn)定一段時間至光源穩(wěn)定輸出，滿足穩(wěn)定度要求；

ｂ）調(diào)節(jié)測試臺的溫度到規(guī)定溫度；

ｃ）用輻照度探測器校準(zhǔn)單色光的能量；

ｄ）將待測電池移到單色光源下，并調(diào)節(jié)到與輻照度探測器校準(zhǔn)時的同一水平面上；

ｅ）打開除待測子結(jié)外，與其他各非待測子結(jié)帶隙相對應(yīng)波段的偏置光源，輻照在待測電池上面，

并關(guān)閉單色光快門或設(shè)置單色光為非待測子結(jié)帶隙對應(yīng)的波長范圍；

ｆ）若回路中電流表讀數(shù)不為零（納安級），則調(diào)節(jié)回路中電池兩端的偏置電壓，使電流表讀數(shù)趨于

零值；

ｇ）打開單色光，在輻照度穩(wěn)定的條件下，測量并記錄待測子結(jié)隨單色光波長變化的電流值；

ｈ）依據(jù)步驟ｅ）～步驟ｇ），測量多結(jié)太陽電池其他子結(jié)的電流值。

７．５量子效率的計算

量子效率的計算如下：

ａ）把所測得的單結(jié)太陽電池數(shù)據(jù)由式（４）計算單結(jié)太陽電池在各波長下的量子效率，并以波長為

橫坐標(biāo)，量子效率為縱坐標(biāo)，作圖給出曲線；

ｂ）把所測得的多結(jié)太陽電池數(shù)據(jù)由式（４）計算多結(jié)太陽電池的不同子結(jié)分別在各波長下的量子

效率，并以波長為橫坐標(biāo)，量子效率為縱坐標(biāo)，作圖給出曲線。

８數(shù)據(jù)處理

太陽電池量子效率測試數(shù)據(jù)包含量子效率測試曲線與原始數(shù)據(jù)，其中原始數(shù)據(jù)用于計算太陽電池

或各子結(jié)（多結(jié)太陽電池）的短路電流密度。可根據(jù)式（５）計算太陽電池或各子結(jié)短路電流密度，結(jié)果保

留小數(shù)點(diǎn)后３位。

犑ｓｃ犻＝狇×

∫

λ犻２

λ犻１（

λ）×ＥＱＥ犻（λ）ｄλ

…………（５）

４

犌犅／犜３８２００—２０１９

式中：

犑ｓｃ犻———待測電池各子結(jié)的短路電流密度，單位為安培每平方米（Ａ／ｍ２）；

λ犻２

———待測電池第犻子結(jié)的終止波長，單位為米（ｍ）；

λ犻１

———待測電池第犻子結(jié)的起始波長，單位為米（ｍ）；

ＥＱＥ犻（λ）———待測電池第犻子結(jié)的量子效率。

已知某種光譜（如ＡＭ０），則可以依據(jù)式（５）算出太陽電池各子結(jié)的電流密度。

當(dāng)單色儀光束面積大于被測太陽電池面積時，應(yīng)至少對太陽電池或各子結(jié)進(jìn)行三次量子效率測量，

依據(jù)式（５）求得各次短路電流密度后，再求其算術(shù)平均值為其短路電流密度最終結(jié)果。

當(dāng)單色儀光束面積小于被測太陽電池面積時，應(yīng)至少在太陽電池面積上取均勻?qū)ΨQ的５個點(diǎn)進(jìn)行

測量（以矩形電池為例，如圖２所示），依據(jù)式（５）求得每點(diǎn)短路電流密度，然后求其算術(shù)平均值為其短路

電