近年來，隨著全球經濟發(fā)展使得能源需求劇增，傳統(tǒng)能源因其不可再生、污染等問題逐漸被新型能源所替代，太陽能作為一種清潔、可再生能源倍受研究人員的關注。鈣鈦礦太陽能電池、硅基太陽能電池等作為當下的研究熱點，其工藝已經相當成熟且在商用市場上占據(jù)主導地位。在該領域中，目前的研究主要集中在提高光子-電子轉化效率(monochromatic Incident Photon-to-electron Conversion Efficiency，即IPCE)、降低成本和提升長期穩(wěn)定性上。例如，通過改進電池結構、疊層材料、表面鈍化技術和摻雜工藝等，不斷挖掘太陽能電池的性能潛力。

在太陽能電池光電性能測試中，光譜響應特性包含著太陽能電池光電轉換能力等許多重要信息。它不但能反映太陽能電池內各層材料的質量，也能反應減反膜、輻照損傷和各個界面層的質量。其主要參數(shù)包括:

光譜響應（Spectral Responsivity，SR）

太陽能電池的光譜響應表示對應不同波長入射光能轉換成電能的能力，通常光譜響應的定義為輸出電流與入射光功率之比，單位為安培每瓦特（A/W）。

外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE）

當不同波長的光子入射到太陽能電池的光敏區(qū)域時，光子會激發(fā)光敏材料產生電子和空穴，當有外電路時即形成電流。此時產生的電子個數(shù)與入射的光子個數(shù)之比，稱為太陽能電池的外量子效率。

光子電子換轉效率（IPCE）

定義為單位時間內外電路中產生的電子數(shù)與入射的單色光子數(shù)之比。IPCE 的概念更多用在光電化學類器件上，在定義上與EQE 是類似的。

內量子效率（IQE）

內量子效率（Internal Quantum Efficiency, IQE）用于衡量電池內部吸收的光子轉化為可收集載流子的效率，不考慮入射光的反射損失。其計算需結合外量子效率（EQE）和表面反射率(R(λ))，具體方法如下：

IQE 反映了電池內部光吸收層的本征效率，可排除表面反射對量子效率的干擾，用于分析材料本身的光吸收和載流子收集能力。

北京卓立漢光儀器有限公司，成立于1999年，是專業(yè)從事光電分析測試儀器和精密光學機械運動控制的國內**企業(yè)，可提供各種類型的光電測試解決方案，在太陽能電池、光電探測器領域可提供性能優(yōu)異的測試設備，如DSR600光電探測器光譜響應度標定系統(tǒng)、DSR300微納器件光譜響應度測試系統(tǒng)、DSR800瞬態(tài)光電性能測試系統(tǒng)、DSR900相機特性參數(shù)測試系統(tǒng)、SCS1000量子效率測試系統(tǒng)等等。從大面積電池到微納結構電池，從短波紫外至遠紅外，從單點測試到面掃mapping可滿足客戶的各種實際測試需求。

25年4月，東北大學理學院交付了四套DSR測試系統(tǒng)（圖1-2）。

（圖1-2：DSR 300/600系統(tǒng)實拍圖）

其中DSR300為專用于低維材料光電測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成高精度光譜掃描，光電流掃描以及光響應速率測試。可選配不同倍率的消色差物鏡、反射式紫外物鏡，焦點光斑可達60μm（圖3），可實現(xiàn)百微米器件的絕對光譜響應度測試。搭配了超高穩(wěn)定性氙燈光源，光譜范圍：250-1800nm，不穩(wěn)定性＜1%，支持長時間的連續(xù)測試。此外也可擴展連續(xù)白光激光器，皮秒脈沖激光器，鹵素光源和黑體光源等等。該系統(tǒng)中集成了Keithley 24系列原表，測試量程從100μA到1A，分辨率高達10pA。光譜儀方面搭配了卓立漢光自制的omni-λ300三光柵光譜儀，實現(xiàn)紫外至紅外的切換，分辨率0.1nm，波長準確度±0.2nm，波長重復性±0.1nm，配備了6檔自動濾光片輪，可有效消除二級譜（圖4）。

（圖3：DSR 300 內部實拍圖）

（圖4：DSR 300 選配光譜儀、光源、數(shù)據(jù)采集器）

圖5為該DSR300系統(tǒng)測試標準Si電池的響應曲線：

（圖5：Si電流輸出）

利用標準Si校準入射光功率后測得氧化鎵復合材料的光譜響應度、IPCE/EQE、短路電流密度如下（圖6）：

（圖6：氧化鎵復合材料的IPCE）

下圖為東北大學安裝的另外兩套DSR600測試系統(tǒng)（圖7），它采用了集成化設計，將內外量子效率、光譜響應、透反射率、光束誘導電流和Mapping測試等功能集成到一套系統(tǒng)中，適用于各種大尺寸的光電探測器和太陽能電池如：單晶/多晶Si、銦鎵磷、砷化鎵、鍺、量子點電池等。搭配了疊層太陽能電池專用測試暗箱，極大的太高了光電轉換效率，還可添加針對不同位置的不同波長偏置光以驅動太陽能電池正常工作。

（圖7:DSR 600測試系統(tǒng)）

其中一套系統(tǒng)搭配了溴鎢燈光源，波長范圍900-2700 nm，為了采集紅外區(qū)域的微弱信號，還配備了卓立漢光自制的 DCS500PA鎖相放大器（圖8），滿偏靈敏度1nV-1V，時間常數(shù)10μS -1 KS，搭配電流放大器可采集到更加微弱的信號。

（圖8 ：DSR 600 選配光譜儀、光源、數(shù)據(jù)采集器）

利用銦鎵砷標準探測器采集到的溴鎢燈光源如下（圖9）：

（圖9 ：InGaAs電流輸出）

利用標準InGaAs探測器校準入射光功率后測得 te-IR 的光譜響應度、IPCE/EQE、短路電流密度如下（圖10）：

（圖10： te-IR的IPCE）

針對光譜范圍響應比較寬的樣品，還可拓展氙燈鹵素燈雙光源，光譜范圍250-2600nm，（圖11）為氙燈+Si探測器在1100nm處切換至溴鎢燈+InGaAs探測器的響應曲線：

(圖11：雙光源電流輸出)

對于100mm*100mm以上較大面積的成品太陽能電池片，可以加裝Mapping組件以測試量子效率、響應度等Maping數(shù)據(jù)，從Mapping數(shù)據(jù)中得到關于電池片的少子擴散情況、電池片缺陷分布信息等。

（圖12：MoS2的Mapping數(shù)據(jù)）

以下例舉近三年利用卓立漢光DSR系統(tǒng)測試發(fā)表的文章，供您參考：

■Xiaojia Xu,Shaoqiu Ke,Tian Ji.Stable Self-Powered Broadband PtSe2/Si Pin Infrared Photodetector Based on a High-Quality Ultrapure Intrinsic Si Film Exfoliated by Si/SOI Wafer Bonding[J].[2025-04-18].

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■ Huidong Zhang, Shuo Zhang, Xiaoyu Ji, Jingwen He, Huanxin Guo, Songran Wang, Prof. Wenjun Wu, Prof. Wei-Hong Zhu, Prof. Yongzhen Wu.Formamidinium Lead Iodide-Based Inverted Perovskite Solar Cells with Efficiency over 25 % Enabled by An Amphiphilic Molecular Hole-Transporter.09 April 2024.202401260.

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■Xiaoyu Ji1, Shuo Zhang1, Furong Yu1, Huidong Zhang1, Liqing Zhan1, Yue Hu2, WeiHong Zhu1, & Yongzhen Wu1*.Supplementary Information for Efficient wide-bandgap perovskite solar cells with opencircuit voltage deficit below 0.4 V via hole-selective interface engineering.

■Liu D , Zhang D , Wang Y ,et al.Fabricating S-scheme Sb2S3@CdSexS1–x quasi-one-dimensional heterojunction photoanodes by in-situ growth strategy towards photoelectrochemical water splitting[J].Journal of Materials Science & Technology, 2024, 201:250-260.DOI:10.1016/j.jmst.2024.02.049.

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■ Zhang, Yu, Zilun Qin, Weiqing Nie, Ya-qi Li, Xiaomin Huo, Dandan Song, Bo Qiao, Zheng Xu, Swelm Wageh, Ahmed Al-Ghamdi and Suling Zhao. High‐Performance MAPbI3/PM6:Y6 Perovskite/Organic Hybrid Photodetectors with a Broadband Response. Advanced Optical Materials 10 (2022).

■ Guangcan Luo, Dan Yang, Xuxiang Guo, Yinye Yang, Shengyun Luo, Jing Zhang, Mei Long, Li Xiang, Qinghong Li, Tengfei Wang, Wei Li. Quasi-ohmic contact formation assisted by the back contact with Cu2Te nanoparticles@reduced graphene oxide composites for highly efficient CdTe solar cells. Journal of Alloys and Compounds, Volume 921, 2022, 166100.

審核編輯 黃宇