太阳电池外量子效率测试方法探究

外量子效率是一个非常重要的太阳电池参数，它可以是光子能量的函数。所谓外量子效率，就是指入射光照射到光电器件上时，器件内产生的光生载流子的数目与入射的光子数目的比值。它是一个小于1的无量纲数。EQE（E）的大小取决于三个因素：太阳电池材料的吸收系数、光生载流子被分离的效率和载流子的输运效率^[69]。

1.EQE（E）的测量原理

EQE（E）的测量原理如下：模拟光源发出的白光经单色仪分解成不同波长的单色光，单色光再经斩波器转变为脉冲光。这些不同波长的脉冲单色光照射到太阳电池样品上，样品便会产生脉冲光电流。之后，这些微弱的脉冲光电流信号被锁相放大器接收、放大。同时测量出标准太阳电池的脉冲光电流信号（标准电池EQE已知），然后将两个信号进行比较，便可计算出待测样品的EQE值。其计算公式为

式中 S_cell、S_det——分别为待测电池和标准电池的面积；

I_cell、I_det——分别为待测电池和标准电池的电流。

当测得I_cell、I_det两组数据以后，结合标准探测器的外量子效率EQE_det（E），就可由上式计算得到待测电池的EQE（E）值^[23]。图6.13给出了EQE测量系统的结构示意图^[18，24]。

图6.13 量子效率测试系统结构示意图

量子效率的测量结果不仅可以清楚地知道太阳电池的光谱响应分布，而且可以从EQE（E）计算出电池真实的光生电流值，即真实的短路电流。把EQE（E）测量所得的J_sc与光照下J-V测量的J_sc相比较，可以验证J-V测量的精确性。因而，国际上发表的太阳电池的高效率值都必须有EQE（E）测量数据为证。

根据EQE（E）测量结果计算太阳电池J_sc的方法如下：从参考文献中查出AM1.5或AM0光谱的光子数分布，与实验得到的各个波长的EQE（E）值相乘，再对波长进行积分，便得到了被测量太阳电池的真实的短路电流值^[25]，如式（6.52）所示。

图6.14和图6.15所示为单晶硅和GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的外量子效率曲线。(www.xing528.com)

图6.14 单晶硅太阳电池的EQE（E）曲线

图6.15 GaInP/GaAs/Ge太阳电池的EQE（E）曲线

2.影响EQE（E）的因素

太阳电池器件的参数对外量子效率有着非常重要的影响。图6.16所示为太阳电池中p型发射区、空间电荷区和n型基区各层对量子效率谱的贡献^[6-7]。由图可见，短波长的光子主要在发射区被吸收，长波长的光子主要被基区吸收，如果基区足够厚，则有利于光子的吸收；但是也不能太厚，否则会影响载流子的收集。图6.17所示为太阳电池不同发射区厚度对应量子效率谱的影响^[6-7]。由图可见，发射区越厚，太阳电池的EQE在400～900nm波长范围内均显著降低，这主要是因为发射区掺杂浓度相对较高，因而少子的扩散长度较短，一旦发射区厚度大于少子的扩散长度，反而不利于载流子的收集。

图6.16 太阳电池中不同区域对量子效率谱的贡献

图6.17 不同发射区厚度对应量子效率谱的影响