太阳能电池公用光谱成像及特性剖析体系

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太阳能电池公用光谱成像及特性剖析体系

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太阳能电池专业光谱成像及特性剖析体系



太阳能电池是一种经由过程光电效应或光化学反应间接把光能转化为电能装配。因为太阳能是一种干净能源,因而光伏手艺近年来备受存眷。光伏质料的转换效力跟着手艺的生长也有了明显的进步。比方自从2009年日本科学家Miyasaka初次报导钙钛矿太阳能电池以来,在短短的几年内,钙钛矿太阳能电池的光电转换效力从3.8%上升到22.7%。只管钙钛矿电池具有诸多长处,然则因为质料的不均一性和没法低成本大规模消费限定了钙钛矿电池的生长。为了处理这些题目,研究人员需求下机能和专业的测试东西研讨质料机能的空间散布。

  为了处理这些题目,加拿大Phonton 公司和法国光电能源研讨和生长研究所为太阳能电池剖析配合研发了下光谱成像装备(IMA™)。基于奇特的体滤波片手艺,接纳刷新的二维成像手艺,不同于通例的装备,那是一款一次性可齐视野成像的装备,可快速得到钙钛矿电池的荧光成像和电致发光成像,用于研讨产物的缺点、约束条件和光电特性的。



取传统的共聚焦显微成像装备比拟,下光谱成像装备具有以下上风:

1) 单次整视场成像。取通例的共聚焦显微镜需求逐点扫描或逐行推扫所差别,该下光谱成像体系许可在显微镜下获得全部视场差别波长的像。运用百万像素相机,经由过程滤波后图象的采集可供应样品外面数百万个点上的光谱信息。这类成像体式格局将打打减小图象采集工夫,取传统成像体式格局对照工夫将削减2-3个数量级。比方,采集150´150μm2光谱信息,运用下光谱成像装备只需求也许8分钟,然则运用通例共聚焦装备需求几百个小时才气完成。

2) 在PL成像实行中该体系的引发光源在视野中的强度是均匀分布的。在传统的共聚焦装备中,引发光源是聚焦在一个点上(~1μm2),那将致使载流子背没有激光照耀的地区迁徙形成载流子复合,使的PL旌旗灯号显着低落,需求将引发光的功率进步到 1000个太阳的光照那取光伏质料的事情情况严峻不符,并对效果的提取取注释带来诸多影响。因为下光谱成像装备的光源是匀称的照耀到样品上的,因而制止了上述状况,而且光源功率可从1-500个太阳的光照可调。

3) 可获得光谱强度的定量值。PL(photoluminescence)和EL(Electroluminescence)包含了质料或器件的诸多信息,然则传统荧光手艺表征供应的数据单元都是arbitrary units, 那其实不是一个定量的数值,那将大大限定了对光谱效果的深度发掘。为了处理该题目,IRDEP和Photon 研发了定量校准设施,使该下光谱装备能够肯定在流动能量的引发光下,样品每一个点发射光子的定量数值。经由过程这类校准,研究人员可进一步探讨普朗克定律,和太阳能电池的内部量子效力(EQE)和在给定电压下电致发光的相互关系。和Voc和饱和电流等。

 

下光谱成像装备在光伏范畴运用实例

1)CIS太阳能电池

如图2 显现了CIS样品的光致发光图象,个中运用的引发光波少为532nm。整视野成像能够快速探测样品空间上不均匀性,经由过程该手艺研究人员能够监控差别属性在空间上的散布。图1,为图2上所选区域的光谱信息。另外,经由过程光谱的定量校订借能够获得装备的光电特性(比方:EQE, Voc等)

2)CIGS微电池

我们重要应用下光谱装备探讨了CIGS太阳能电池的光致发光光谱成像(532nm,激光强度为580个太阳辐射)和电致发光光谱成像(运用源表,Vapp = 0.95 V.)。图1,显现了CIGS的PL和EL光谱,并经由过程定量校订,联合广义普朗克定律离别得到了准费米能级破裂Δμeff,并应用太阳能电池和LEDS之间的相互关系,经由过程EL图谱能够推到出EQE,等信息。

3)GaAs太阳能电池

我们应用下光谱成像装备采集了GaAs太阳能电池的光致发光光谱成像,应用该装备独占的定量校准手艺,可以获得在流动能量的引发光下,样品每一个点发射光子的定量数值,那一功用能够是科研人员能够从PL图象中直接获得太阳能电池的准费米能级破裂图Δμeff。准费米才能具有重要意义,由于它取电池的电压和饱和电流相干。如图1,为GaAs的准费米能级破裂Δμeff/q 的二维图,那是应用GaAs太阳能电池的定量光致发光图谱凭据广义普朗克定律盘算出来。丈量的准费米能级破裂为Δμeff= 1.1676±0.010eV,在电打仗四周(图1中央的垂直蓝线)和电池的内部界限四周有轻微下落。效果取之前的GaAs文献中的研讨效果同等。

4)钙钛矿装备

近年来,以CH3NH3PbI3为代表的具有钙钛矿晶型的有机金属卤化物在光电范畴的运用吸引了普遍的研讨乐趣。作为一种新兴的半导体光电转换质料,它具有高消光系数(105 cm-1)、少载流子寿命(~μs)、低缺点态浓度、低激子约束能和可低成本溶剂制备等诸多长处。基于该类质料的薄膜太阳能电池(钙钛矿太阳能电池) 的光电转换效力曾经凌驾22%,凌驾了多晶硅太阳能电池,具有较好的运用远景。同时,该质料在光电探测、发光、高能射线探测及非线性光学等方面均展示出优越的机能,成为光电物理、质料(器件)物理和化学等交织范畴的研讨热点。然则关于钙钛矿电池的诸多事情机制借不是很清晰,因而应用下光谱成像装备研讨了CH3NH3PbI3太阳能电池的主要性能,停止了空间和光谱区分的EL和PL成像。EL接纳源表施加的电压局限是1.05至1.2V,PL运用的是532nm的激光(约30个太阳辐射)。经由过程定量校准,从EL和PL光谱曲接获得了准费米能级破裂和电子传输效力,如下图所示。

5)钙钛矿晶体

跟着有机钙钛矿太阳能电池快速生长,已往几年追求天真,便宜且易于加工的光伏质料与得了新的希望它们具有下载流子迁移率,可见和可调谐带隙的强吸收性使其成为消费低成本太阳能电池板的幻想选择。但是,有一个瑕玷:它们的稳定性是不稳定的,那么更好天相识光物理学和退化机制至关重要。Phonton公司的下光谱成像平台供应了有力的东西。经由过程光学丈量的设施该装备能够快速表征2D和3D钙钛矿或全部光伏装备的构造。另外该装备借能够检测以下特性:外面缺点、相星散、晶界等。如图1,为钙钛矿晶体的荧光图谱

图2 为钙钛矿质料的透射率成像

产物参数:


AL   RANGE

VIS - SWIR Model
  400 - 1620 nm

VIS
  400-1000 nm

SWIR
  900-1620 nm

SPECTRAL RESOLUTION

< 2.5="">

< 4="">

CAMERA

CCD, EMCCD, sCMOS

EXCITATION WAVELENGTHS
  (up to 3 lasers)

405, 447, 532, 561, 660, 730, 785 or 808 nm

MICROSCOPE

Upright or Inverted; Scientific Grade

SPATIAL RESOLUTION

Sub-micron
  (limited by the microscope objective N.A.)

MAXIMUM SAMPLE SIZE

10 cm x 10 cm

X, Y TRAVEL RANGE

76 mm x 52 mm

Z-STAGE RESOLUTION

100 nm

ILLUMINATION
  Illumination option

Diascopic, Episcopic, LED, HG,
  Epifluorescence module, Darkfield module

WAVELENGTH ABSOLUTE ACCURACY

0.25 nm

VIDEO MODE

Megapixel camera for sample visualization

DATA PROCESSING

Spatial filtering, statistical tools, spectrum extraction, data normalization,   spectral calibration, overlay, central position map, etc.

HYPERSPECTRAL DATA FORMAT

HDF5, FITS

SINGLE IMAGE DATA FORMAT

HDF5, CSV, JPG, PNG, TIFF



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产物标签:高速荧光成像体系,荧光成像光谱仪,荧光显微成像体系,下光谱荧光成像,光致发光光谱仪,电致发光成像体系

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