太阳能电池的量子效率转换效率.docx

太阳能电池的量子效率转换效率太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率与太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率与光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子，那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 通常被提到的两种太阳能电池量子效率： 外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的一定能量的光子数目之比。 内量子效率(Internal Quantum Efficiency, IQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的没有被太阳能电池反射回去的，没有透射过太阳能电池的，一定能量的光子数目之比。 内量子效率通常大于外量子效率。内量子效率低则表明太阳能电池的活性层对光子的利用率低。外量子效率低也表明太阳能电池的活性层对光子的利用率低，但也可能表明光的反射、透射比较多。 为了测试太阳能电池内量子效率，首先得测试太阳能电池的外量子效率，然后测试太阳能电池的透射和反射，并且综合这些测试数据，来得出内量子效率。 能量转化效率 太阳能电池的能量转化效率(, "eta")，就是当太阳能电池外接电路时转化的与收集的功率百分比。在标准测试环境下(STC)，太阳能电池能量转化效率是通过用太阳能电池的最大功率(Pm)，除以入射光的辅照度(E, in W/m² 单位时间内投射到单位面积上的辐射能量。)和太阳能电池表面面积(Ac in m²)。 =Pm/(E*Ac) 标准测试环境是指环境温度为25°C，辅照度为1000 W/m²，加滤光片AM1.5的光谱。这些符合在天气晴朗，纬度为41.81°的地平线上，太阳光以37°倾斜照射的情况下太阳光的辅照度和光谱特性。该环境可以近似代表春分日或秋分日正午美国大陆太阳能电池正对太阳时的照射条件。因此，在该测试条件下，能量转化效率为12%面积为100 cm2 (0.01 m2)的太阳能电池可以产生大约12W的功率。 太阳能电池的能量损失可以被分解为反射损失，热力学效率，再复合损失和电子阻抗损失。太阳能电池能量转化效率是由这些独立的损失综合而形成的。 由于很难直接对这些参数进行测试，所以测试其它参数来代替：热力学效率，量子效率，开路电压比，和填充因子。反射损失是相对于太阳能电池外量子效率，太阳能电池量子效率低出的一部分。再复合损失是构成太阳能电池量子效率，开路电压比，和填充因子的一部分。阻抗损失主要属于填充因子，但也是构成太阳能电池量子效率，开路电压比的一小部分。