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目錄:上海昊量光電設(shè)備有限公司>>光譜儀>>光譜成像分析系統(tǒng)>> 太陽能電池光譜成像及特性分析系統(tǒng)

太陽能電池光譜成像及特性分析系統(tǒng)
  • 太陽能電池光譜成像及特性分析系統(tǒng)
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更新時(shí)間:2021-06-02 09:46:18瀏覽次數(shù):2239評(píng)價(jià)

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太陽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。由于太陽能是一種清潔能源,因此光伏技術(shù)近年來備受關(guān)注。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。太陽能電池光譜成像及特性分析系統(tǒng)

太陽能電池專業(yè)光譜成像及特性分析系統(tǒng)

太陽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。由于太陽能是一種清潔能源,因此光伏技術(shù)近年來備受關(guān)注。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。例如自從2009年日本科學(xué)家Miyasaka*報(bào)道鈣鈦礦太陽能電池以來,在短短的幾年內(nèi),鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%上升到22.7%。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。為了解決這些問題,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,加拿大Phonton 公司和法國光電能源研究和發(fā)展研究所為太陽能電池分析共同研發(fā)了高光譜成像設(shè)備(IMA™)。基于*的體布拉格光柵濾波片技術(shù),采用革新的二維成像技術(shù),不同于常規(guī)的熒光成像設(shè)備,這是一款一次性可全視野成像的設(shè)備,可快速獲得鈣鈦礦電池的熒光成像和電致發(fā)光成像,用于研究產(chǎn)品的缺陷、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,高光譜成像設(shè)備擁有以下優(yōu)勢(shì):

1) 單次整視場成像。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)視場不同波長的像。使用百萬像素相機(jī),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,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)。例如,采集150´150μm2光譜信息,使用高光譜成像設(shè)備只需要大概8分鐘,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。在傳統(tǒng)的共聚焦設(shè)備中,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,使的PL信號(hào)明顯降低,需要將激發(fā)光的功率提高到 1000個(gè)太陽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。由于高光譜成像設(shè)備的光源是均勻的照射到樣品上的,因此避免了上述情況,并且光源功率可從1-500個(gè)太陽的光照可調(diào)。

3) 可獲得光譜強(qiáng)度的定量值。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, 這并不是一個(gè)定量的數(shù)值,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,IRDEP和Photon 研發(fā)了定量校準(zhǔn)辦法,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。通過這種校準(zhǔn),研究人員可進(jìn)一步探究普朗克定律,和太陽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。以及Voc和飽和電流等。

    1.  

如圖2 顯示了CIS樣品的光致發(fā)光圖像,其中使用的激發(fā)光波長為532nm。整視野成像可以快速探測(cè)樣品空間上不均勻性,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。圖1,為圖2上所選區(qū)域的光譜信息。此外,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)

  1.  

我們主要利用高光譜設(shè)備探究了CIGS太陽能電池的光致發(fā)光光譜成像(532nm,激光強(qiáng)度為580個(gè)太陽輻射)和電致發(fā)光光譜成像(使用源表,Vapp = 0.95 V.)。圖1,顯示了CIGS的PL和EL光譜,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,并利用太陽能電池和LEDS之間的相互關(guān)系,通過EL圖譜可以推到出EQE,等信息。

    • 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,這一功能可以是科研人員可以從PL圖像中直接獲得太陽能電池的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂圖Δμeff。準(zhǔn)費(fèi)米能力具有重要意義,因?yàn)樗c電池的電壓和飽和電流相關(guān)。如圖1,為GaAs的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂Δμeff/q 的二維圖,這是利用GaAs太陽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,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。結(jié)果與之前的GaAs文獻(xiàn)中的研究結(jié)果*。

  1.  

近年來,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。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)、長載流子壽命(~μs)、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)?;谠擃惒牧系谋∧ぬ柲茈姵?鈣鈦礦太陽能電池) 的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過22%,超過了多晶硅太陽能電池,具有較好的應(yīng)用前景。同時(shí),該材料在光電探測(cè)、發(fā)光、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,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)。但是關(guān)于鈣鈦礦電池的諸多工作機(jī)制還不是很清楚,因此利用高光譜成像設(shè)備研究了CH3NH3PbI3太陽能電池的主要性能,進(jìn)行了空間和光譜分辨的EL和PL成像。EL采用源表施加的電壓范圍是1.05至1.2V,PL使用的是532nm的激光(約30個(gè)太陽輻射)。通過定量校準(zhǔn),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,如下圖所示。

    •  

圖2 為鈣鈦礦材料的透射率成像

產(chǎn)品參數(shù):

 

AL   RANGE

VIS - SWIR Model
  400 - 1620 nm

VIS
  400-1000 nm

SWIR
  900-1620 nm

SPECTRAL RESOLUTION

< 2.5 nm

< 4 nm

CAMERA

CCD, EMCCD, sCMOS

ZephIR 1.7

EXCITATION WAVELENGTHS
  (up to 3 lasers)

405, 447, 532, 561, 660, 730, 785 or 808 nm

MICROSCOPE

Upright or Inverted; Scientific Grade

SPATIAL RESOLUTION

Sub-micron
  (limited by the microscope objective N.A.)

MAXIMUM SAMPLE SIZE

10 cm x 10 cm

X, Y TRAVEL RANGE

76 mm x 52 mm

Z-STAGE RESOLUTION

100 nm

ILLUMINATION
  Illumination option

Diascopic, Episcopic, LED, HG,
  Epifluorescence module, Darkfield module

WAVELENGTH ABSOLUTE ACCURACY

0.25 nm

VIDEO MODE

Megapixel camera for sample visualization

DATA PROCESSING

Spatial filtering, statistical tools, spectrum extraction, data normalization,   spectral calibration, overlay, central position map, etc.

HYPERSPECTRAL DATA FORMAT

HDF5, FITS

SINGLE IMAGE DATA FORMAT

HDF5, CSV, JPG, PNG, TIFF

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