Cary 5000分光光度计测定太阳能电池的光学性能
时间:2024-10-30 阅读:134
前言单词 photovoltaic(光电的)是由希腊单词 photo(光)和物理学家 Volta(伏特:电池的发明者)[1]两个单词组合产生的,用来表述太阳能电池将光直接转化为能量,转化的理论依据是 Bequerel[2] 在 1839 年发现的光电效应:光照射在固体表面,导致其产生自由电子。太阳能电池由多种半导体材料组成,95% 以上的太阳能电池主要成分是硅,在其中需要有选择性的掺杂一些其他元素。掺杂的目的是为了在半导体材料内部产生富余的正电荷 (p) 或负电荷 (n) 载体,当两种不同类型的半导体层结合在一起,就会在接合处形成 p-n 结,形成的电场可使在阳光作用下产生的电荷载体向两边分离,通过使用金属电极,可收集电荷,如果此时给它接上一个外电路,就会形成直流电。硅基太阳能电池尺寸一般在 10 × 10 cm 左右,表面覆盖透明的防反射 (AR) 涂层用来保护电池的同时防止电池表面反射的光能损失。图 1 是一个典型的太阳能电池结构示意图。
对于任何一个太阳能电池来说,其获得的电流大小都随光通量增加而增加,虽然影响电池转化效率的因素有很多,但电池表面的反射性能是一个非常重要的参数。为了测量这种反射性能,就需要使用到高性能的 UV-Vis-NIR 分光光度计,而且需要配备积分球。积分球用来收集从固体表面(例如太阳能电池)反射出来的光(包括漫反射或者全反射),应用相应的样品固定附件,积分球也可以用来测定太阳能电池的漫透射性能。本应用简报将就太阳能电池制造中的几个阶段,用 AgilentCary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度计配备外置漫反射附件 2500和小光斑套件附件测定其反射性能展开介绍。
实验部分仪器[3]– Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度计– 安捷伦外置 DRA-2500 积分球– 小光斑套件附件条件将外置 DRA-2500 积分球装入分光光度计并校准[4]。紫外-可见近红外谱图通常在 250–2500 nm 区域内采集,并使用适当的基线校正(零/基线校正)。建议的仪器参数如下:紫外可见区:2 nm SBW,0.1 秒 SAT,1 nm 采样间隔;近红外区:能量 3,0.2 秒 SAT,3 nm 采样间隔;双光束模式,全狭缝高度。使用Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度计和外置 DRA-2500 积分球收集反射光谱,当需要的光束图像较小时,换上小光斑套件。
结果与讨论图 2 是光电池成品和半成品的漫反射光谱图。没有防反射涂层、表面粗糙的晶片 (TS3)、有防反射涂层的晶片 (TS2) 和有金属接触格栅的晶片成品(图 3)(TS4) 的光谱图有明显差异。为了检查样品表面是否均一,在每个样品不同的点测试2 次,采集光谱图。
此外,成品电池的平均反射光谱(TS4,采样区域包括电池表面和金属接触格栅)与只有电池表面的反射光谱(TS4 Diffssk,不包含反射性金属接触格栅的反射)之间存在显著差异,这就突显了将光束尺寸缩小到足够小(直径约 1 mm)的图 1. 典型的太阳能电池结构示意图底部金属板金属接触格栅防反射涂层p-n 结n 型半导体层p 型半导体层 优势:可以收集到金属接触格栅之间区域的光谱。结果证实,与电池本身的活性表面相比,金属接触格栅的反射率相对较高,这一点符合预期。
结论UV-Vis-NIR 分光光度法可以非常方便地测试太阳能电池的反射和透射性能,应用高性能的分光光度计(例如 Agilent Cary5000 UV-Vis-NIR 分光光度计)配备积分球附件可以快速得到高分辨率、低噪声的高质量光谱图,为了对太阳能电池上的微小面积进行采样测试,需要采用小光斑附件缩小样品表面的光束尺寸,安捷伦提供外置 DRA-2500 积分球及配套的小光斑套件附件,可以帮助您实现此类测试。