Системы для измерения спектральной чувствительности фотоэлектрических приборов PVE300 от Bentham Instruments (Великобритания)
19.02.2020
Рады представить новую систему в разделе каталога "Анализ параметров солнечных элементов и фотовольтаики". Доступна с заказу установка PVE300 от Bentham Instruments, разработанная для проведения измерений спектральной чувствительности различных фотоэлектрических (фотовольтаических) элементов и устройств, таких как соединения c:Si, mc:Si, a:Si, µ:Si, CdTe, CIGS, CIS, Gc:Si, mc:Si, a:Si, µ:Si, CdTe, CIGS, CIS, Ge, сенсибилизированные красителем солнечные элементы, органические солнечные ячейки и многопереходные СЭ.
Британская компания Bentham Instruments на протяжении 40 лет занимается разработкой и производством высокоточного метрологического оборудования. Большинство систем в линейке компании построены на базе собственных монохроматоров. В арсенале Bentham Instruments представлено большое количество систем для измерения параметров источников света, детекторов и материалов. Приоритетом компании является разработка и изготовление максимально эффективных метрологических систем под конкретные научные и промышленные задачи и стандарты.
Система PVE300 от Bentham Instruments
В эпоху возобновляемых источников энергии и освоения космоса использование солнечной энергетики приобретает все больший размах. Все чаще в лабораториях по всему миру внедряются новые материалы, конструкции и системы фотовольтаики.
Независимо от того, используем ли мы солнечный свет или искусственный свет (имитатор), мы стремимся максимизировать чувствительность фотоэлектричесского устройства в максимально широком диапазоне излучения источника. На практике спектральный отклик устройств ограничен, что на длинных волнах обусловлено шириной запрещенной зоны материала, а на коротких – поглощением материала. Спектральная чувствительность солнечных элементов зависит от большого количества факторов (материал, конструкция устройства, геометрия контактов и т. д.) и ограничена для однопереходных p-n-элементов пределом Шокли – Кайссера. Комбинация этих параметров может быть оценена при рассмотрении эффективности преобразования энергии устройства.
Система PVE300 от Bentham Instruments обеспечивает измерение спектральной чувствительности и квантовой эффективности однопереходных и многопереходных ((количество рабочих p-n переходов - до четырех) фотоэлектрических устройств по ГОСТ 60904-8-2013 и IEC 60904-8-1(2017). Данная установка построена на базе спектрального модуля, включающего двойной источник излучения (ксеноновая лампа + кварцевая галогенная лампа) и монохроматор со спектральной точностью до 0,3 нм.
Система идет в комплекте с двумя программой BenWin+. Данное приложение на базе Windows, предназначено для автоматизации сканирования во всем диапазоне монохроматоров и работы электроники Bentham, включает в себя конфигурации для конкретных измерений квантовой эффективности, спектральной чувствительности и других параметров и позволяет пользователю легко настраивать нужные параметры. Благодаря интуитивно понятному и простому в использовании графическому интерфейсу BenWin + облегчает калибровку системы, быстрое измерение в широком спектральном диапазоне и анализ этих данных.
Измерение спектральной чувствительности и EQE
Спектральная чувствительность (А Вт-1) фотоэлектрического устройства дает представление о физических свойствах устройства, включающее не только информацию об эффективности преобразования, но также информацию о коэффициентах отражения и пропускание устройства. Внешняя квантовая эффективность (EQE) / эффективность падающего фотон-электронного преобразования (IPCE), определяемая как отношение числа количество электронов, собранных солнечным элементом, к количеству падающих фотонов, может быть непосредственно получена из спектральной чувствительности (спектрального отклика).
Данное измерение выполняется путем направления на образец монохроматического зондирующего луча и регистрации генерируемого фототока в зависимости от длины волны. Следует позаботиться о том, чтобы луч не затенялся электрическими соединениями или чтобы затенение учитывалось путем корректировки результирующего отклика. Мощность луча зонда сначала определяется с помощью детектора с известной чувствительностью (эталонного детектора). Последующее измерение фототока, генерируемого тестируемым устройством, в зависимости от длины волны позволяет определить спектральную чувствительность.
Использование смещающего излучения
Чтобы охарактеризовать устройство при реалистичных уровнях инжекции носителей, а в случае многопереходных устройств, чтобы гарантировать, что тестируемый переход будет ограничивать ток, необходимо использовать смещающее излучение с интенсивностью около одного солнца (что соответствует освещенности 1000 Вт-2). Проблема отличия фототока, генерируемого имитатором солнечного излучения, от фототока, генерируемого монохроматическим зондом, может быть решена путем модуляции монохроматического луча при условии, что задействованный в тестируемом устройстве механизм транспортировки носителей позволяет получить отклик на частоте модуляции. В системе PVE300 имеется смещающее излучение с интенсивностью 1,5 солнца.
Отражение и пропускание
В идеальном мире все фотоны, достигающие фотоэлектрического устройства, передаются только в активную область, где происходит процесс преобразования. Из-за показателя преломления используемых материалов свет должен отражаться от передней поверхности устройства (чтобы уменьшить количество нанесенных просветляющих покрытий). В случае тонкопленочных устройств следует также учитывать, что свет может проходить через образец. Общий коэффициент отражения (диффузный и зеркальный) и общий коэффициент пропускания (диффузный и нормальный) устройства можно измерить с помощью интегрирующей сферы, входящей в состав системы.
Внутренняя квантовая эффективность (IQE)
Примеры измерений:
Пример измерения спектральной чувствительности четырехпереходного СЭ
Пример измерения внешней (насыщенные кривые) и внутренней (полупрозрачные кривые) квантовой эффективности четырехпередного СЭ
Пример измерения внешней квантовой эффективности (серая сплошная кривая), внутренней квантовой эффективности (серая пунктирная кривая) и коэффициента отражения (красная кривая) устройства на базе кремния
Основные параметры и особенности системы PVE300:
- Оптимизированный перестраиваемый источник света на основе двойного источника с ксеноновой и вольфрам-галогенной лампами и монохроматора.
- Широкий рабочий диапазон 300-2500 нм (или шире по запросу).
- Использование отражающей оптики для перемещения луча в плоскость образца.
- Набор креплений для образцов и детекторной электроники для всех типов устройств и конфигураций.
- Программное обеспечение под Windows обеспечивает полную автоматизацию измерений через USB 2.0.
- Прямое измерение спектрального отклика устройства (SR, А Вт-1).
- Прямое измерение внешней квантовой эффективности устройства (EQE/IPCE, в %).
- Прямое измерение полного отражения R и коэффициента пропускания T для преобразования EQE во внутреннюю квантовую эффективность (IQE,%).
