为了测量光电二极管或太阳能电池等设备的量子效率，通常需要测量响应不同波长的入射光子而产生的电子或载流子的数量。此过程涉及将设备的输出（如光电流）与撞击设备的已知光子数量进行比较。使用专用设备和受控照明条件来确保在不同波长的光下进行准确测量。然后将量子效率计算为比率或百分比，以量化设备将光转换为电信号的效率。量子效率（QE）测量系统的PD-QE光路设计。以下是该系统如何工作的分步说明：灯系统：这是系统的光源。它发出的光直接射向单色仪。斩波器：斩波器周期性地中断光束。这种调制可以区分光源信号和环境光信号，从而提高测量精度。单色器：单色器将光分散成其组成波长，类似于棱镜，并选择窄带波长通过。滤光轮：位于单色仪之后，可用于进一步细化到达样品的光的波长或强度。光圈：光圈调整光束直径，控制穿过样品的光量。镜头：镜头将选定的光聚焦到样品或光电探测器上。参考电池：用于通过提供可比较样品 QE 的已知标准来校准系统。样品：这是正在测试 QE 的光电探测器或太阳能电池。它吸收光线并产生光电流，其大小用于计算其 QE。在 QE 测量系统中，光源的准确度和精度、单色仪选择正确波长的能力以及检测器的稳定性至关重要。光路设计对于确保光有效、精确地传递到样品以进行准确测量至关重要。光伏检测请搜寻光焱科技

光电二极管的量子效率是指其将入射光子转换为电子的能力，本质上是测量其从光产生电信号的效率。它通常以百分比表示，表示当光子撞击光电二极管时有效转换为电荷载流子的光子比例。高量子效率对于提高光检测和太阳能电池等各种应用中使用的光电二极管的灵敏度和性能是必要的。图 PD-QE 系统测试的硅光电二极管的量子效率/外量子效率/EQE。EQE 是对进入器件的每个光子生成和收集多少载流子（电子或空穴）的度量，以百分比给出。右侧有一个辅助 y 轴，标记为“U (%)"，表示测量不确定度。在整个光谱范围内，这种不确定性仍然非常低，表明测量过程具有很高的精度。优化的光电二极管的峰值 EQE 相当高，表明该器件在测试波长范围内（特别是在近红外区域）将入射光子转换为电信号方面非常有效。这种高效率使得具有这种特性的硅光电二极管适用于各种应用，包括电信、光谱学和光学传感器。光伏检测请搜寻光焱科技

提高光电二极管的量子效率 (QE) 可以通过多种方法实现：优化材料特性：选择吸收系数较高的材料可以增强光子吸收，从而提高QE。表面钝化：最大限度地减少表面缺陷和复合中心可以减少电子空穴对复合，从而提高 QE。抗反射涂层：应用减少反射的涂层可以增加进入光电二极管的光子数量，从而增强 QE。器件几何优化：设计具有最佳厚度和几何形状的光电二极管可以提高光吸收和载流子收集效率。增强光捕获：在光电二极管内采用捕获光的结构或技术可以增加与光子的相互作用长度，从而提高 QE。这些方法中的每一种都针对光电二极管操作的不同方面，以最大限度地提高其将光转换为电信号的效率。图 抗反射 (AR) 涂层对不同波长范围内光电二极管的量子效率 (QE) 的积极影响。QE 以百分比形式测量，表示光电二极管将入射光子转换为电流的效率。不同的曲线代表具有不同结构或材料的光电二极管，它们吸收不同波长范围的光。从图中可以明显看出，增透膜的应用增强了所有三种类型光电二极管的 QE。涂层减少了表面的光子反射，允许更多的光被吸收并转化为电信号，从而直接提高 QE。当具有增透膜的曲线与没有增透膜的曲线相比达到更高的百分比值时，这一点尤其明显。光伏检测请搜寻光焱科技

光电二极管的量子效率是通过确定产生的电子数量与入射光子数量的比率来计算的。该计算通常涉及诸如入射光波长和光电二极管的光响应率等因素。量子效率提供了光电二极管将光转换为电流的有效性的度量。有关详细的方法和公式，最好参考与光电二极管技术相关的技术资源或科学出版物。光电二极管的量子效率 (QE) 的公式通常表示为：该公式以百分比形式计算 QE，反映光电二极管将入射光（光子）转换为电信号（电子）的效率。具体计算可能会根据光电二极管的特性和入射光的波长等其他因素而有所不同。图为Enlitech的PD-QE系统测试的不同光电二极管/光电探测器从UV-VIS到NIR波长范围的量子效率/外量子效率曲线。EQE以百分比显示，表示每个器件转换入射光子的效率转换成不同波长的电信号。该图可用于比较这些设备在可检测到的光谱范围内的性能。曲线的不同波峰和波谷可以让我们了解每个器件对哪些波长最敏感，这对于它们在光谱学、光通信或光伏等各个领域的应用至关重要。光伏检测请搜寻光焱科技

实际应用：超越理论真实世界的示例和案例研究展示了 Voc 损耗分析系统的实际应用。钙钛矿太阳能电池研究领域充满了旨在提高电池效率的研究，而 Voc 损失分析系统在这一探索中发挥着关键作用。为了更深入地了解研究人员如何利用这些系统，我们整理了一系列开创性论文，展示了 Voc-loss 分析的实际应用。这些精选文章是了解科学家为剖析和减轻开路电压损耗而采用的创新方法的窗口。他们提供了对可切实改善钙钛矿太阳能电池性能的策略的见解。例如，研究人员深入研究材料特性的复杂性，仔细研究不同成分如何影响 Voc 损失。他们探索了新制造技术的影响，这些技术增强了电池的结构完整性，从而减少了非辐射复合损失。除了材料和结构改进之外，文章还讨论了器件架构的微调，例如层厚优化和界面工程，这些直接影响热力学和辐射损耗。一些研究甚至超出了电池级别，扩展到系统集成，研究 Voc 损耗分析如何为更高效的太阳能模块和阵列的开发提供信息。这些文章中揭示的 Voc 损耗分析系统的实际应用是多种多样的，从基础研究延伸到先进的工程解决方案。通过了解这些研究中详述的成功方法，研究人员和工程师可以复制并借鉴这些方法，推动钙钛矿太阳能电池技术领域迈向更高效、更可持续的未来。应用实例-01‍‍‍‍图14：2021年9月，《先进功能材料》（影响因子：18.808）刊登了北京航空航天大学的研究成果，证明最大限度地减少非辐射复合损耗（ΔV3）可以显着提高太阳能电池的功率转换效率（PCE）。图 14 显示了北京航空航天大学发表的一项研究成果，该研究成果刊登在影响因子为 18.808 的期刊《Advanced Function Materials》2021 年 9 月号上。该研究强调了热老化前驱体溶液促进高效稳定的准二维钙钛矿太阳能电池的开发。这些太阳能电池的表征包括使用 Keithley 2400 源表在模拟单太阳 AM 1.5G 照明下获得的 JV（电流-电压）曲线，以及通过 Enlitech SS-F5-3A 太阳模拟器校准的光强度。使用 Enlitech OE-R3011 太阳能电池光谱响应测量系统测量外部量子效率 (EQE) 光谱。这种高精度 EQE 数据是在空气中捕获的，无需封装，使用带有标准硅二极管的集成系统（PECT-600，Enlitech），确保光电流的精确调制和放大。研究强调，通过减少非辐射复合损耗（记为ΔV3），可以显着提高钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE）。这一发现至关重要，因为它强调了解决非辐射损耗以突破太阳能电池性能极限的重要性。该论文进一步巩固了先进材料和精密测量在光伏技术不断发展中的作用。拓展稳定性之路：增强 3D 和准 2D 钙钛矿太阳能电池的商业可行性虽然 3D 钙钛矿太阳能电池 (PSC) 已实现高达 25.5% 的功率转换效率 (PCE)，但其商业化进程却因固有的稳定性问题而受到阻碍。在这种背景下，Ruddlesden-Popper 准二维钙钛矿以其材料稳定性和可定制的特性成为有前途的替代品。尽管有这些优点，准 2D PSC 仍遇到了电压损耗较高的挑战，与 3D PSC 相比，这限制了其 PCE。图15展示了研究团队使用Enlitech先进设备测量的准二维钙钛矿太阳能电池的层状结构以及相应的电学和光学性能特征。层状结构（a）显示了太阳能电池的组成，包括带隙约为1.60 eV的钙钛矿层（AA）2MA4Pb5I16，这有助于实现高效太阳能转换。图（b）可能呈现了太阳能电池的电流密度-电压（JV）曲线，比较了使用不同前体溶液（例如新鲜前体溶液（FPS）与热老化前体溶液（TAPS））制备的电池的性能。该图可能表明经过 TAPS 处理的电池表现出改善的 JV 特性，从而导致更高的开路电压。图（c）可能显示太阳能电池的外量子效率（EQE）光谱和相应的电流密度。这些测量对于了解太阳能电池如何有效地将不同波长的光转换为电能至关重要。FPS 和 TAPS 处理之间 EQE 的差异可以突出前体溶液老化过程对器件性能的影响。针对这一问题，影响因子为18.808的《先进功能材料》于2021年9月发表了北京大学的一项关键研究。该研究团队使用热老化前驱体溶液（TAPS）来解决二维PSC的电压损失困境。图 16 利用 Enlitech 先进的仪器套件（包括太阳模拟器、QE-R 量子效率测量系统和 FTPS 傅立叶变换光电流系统），研究人员开始进行深入分析。他们的研究表明，带隙约为 1.60 eV 的 (AA)2MA4Pb5I16 (n=5) 准二维钙钛矿吸收体实现了破纪录的 1.24 V 开路电压，将 PCE 提升至惊人的 18.68%。该研究揭示了材料属性和薄膜质量之间错综复杂的相互作用，明确指出非辐射复合损耗 ΔVoc 的减少是增强 Voc 以及 PCE 的关键因素。研究人员发现，对溶液进行热老化会促进胶体聚集，从而减少成核位点的数量。该过程最终形成高品质准二维钙钛矿薄膜，其特征在于致密的形态、最佳的晶体取向和最小的陷阱密度。此外，改进的薄膜质量显着增强了 PSC 的热稳定性。这种增强很大程度上归因于银电极腐蚀的有效减少，这种腐蚀通常因离子迁移而加剧。这种创新方法不仅提高了准二维PSC的性能，而且标志着实现高效耐用的钙钛矿光伏器件的重大进步。正如研究表明的那样，这些进步可以在更广泛的能量转换技术领域发挥关键作用，标志着在同等程度上支持效率和稳定性的处理方法的新方向。应用实例-02图 17 Science 期刊文章详细介绍了铷阳离子对钙钛矿太阳能电池性能的影响，显示通过减少非辐射复合损失提高了效率。《科学》期刊文章讨论了通过将铷阳离子掺入钙钛矿太阳能电池来增强光伏性能。该文章可能详细介绍了实验结果，证明添加铷如何提高太阳能电池的效率。在图 17 中，通常有一条 JV 曲线（电流密度与电压的关系图），该曲线显示了掺入铷的太阳能电池与不含铷的对照样品相比的电气特性。此外，电致发光（EL）效率图将显示电流通过时电池如何发光，这与电池无损失地重组电荷的能力直接相关。第三张图通常说明外部量子效率（EQE），测量细胞在不同波长的光下将光子转换为电子的能力。此类研究强调了理解和最小化开路电压损失（尤其是非辐射复合引起的开路电压损失）的重要性，以突破钙钛矿太阳能电池的效率界限。此类研究的结果对于指导钙钛矿太阳能电池的未来设计和材料成分以提高性能和稳定性至关重要。应用实例-03图 18 《Nature Photonics》关于通过表面钝化提高钙钛矿太阳能电池效率的文章，说明了解决开路电压损耗和电致发光效率的关键作用。在《Nature Photonics》上发表的论文“Surface passivation of perovskite film for effective Solar cells"中，利用了 Voc-loss 分析方法。研究人员在了解钙钛矿太阳能电池的高效运行方面取得了重大进展。该方法将电压损耗分解为三个关键部分：热力学损耗、辐射损耗和非辐射损耗，如 Shockley-Queisser 极限所述。Nature Photonics 的图像直观地传达了这些概念，显示了 EL 光谱，表明电池在不损失能量的情况下将光转化为电能的程度。通过分析不同电压下的光谱，研究人员可以辨别钙钛矿薄膜的质量和表面钝化的功效，这与非辐射损耗的减少直接相关，从而提高整体效率。这种综合方法不仅加深了对钙钛矿电池行为的理解，而且推动了先进钙钛矿太阳能电池技术的发展。应用实例-04Voc-loss分析方法是研究人员开发高效钙钛矿太阳能电池的重要工具。正如能源与环境科学的图片所示，“电子传输层的能级工程，用于提高染料和钙钛矿基太阳能电池的开路电压"，该方法涉及详细的电致发光（EL）测量，这是至关重要的识别电压损失。左图显示了 EL 强度，可深入了解不同施加电压下的电荷复合效率。右图显示了电流-电压关系，其中曲线位移表明由于能级工程而导致开路电压的改善。这种分析使研究人员能够微调电子传输层，直接解决非辐射损失，以提高整体电池性能并推动技术向前发展。Voc 损耗分析仪器为了追求先进的太阳能电池技术，特别是 Voc 损耗的研究，有一些关键的精密仪器可以作为综合分析的重要工具：高灵敏度外部量子效率测量工具 (FTPS)– 该工具以灵敏度开发，在测量外部量子效率 (HS-EQE) 中发挥着至关重要的作用。它对于揭示亚带隙吸收事件和表征太阳能电池的损耗尤为重要，使研究人员能够获得更准确的分析和结果。Voc 损耗分析系统 (REPS)– REPS 系统专为解决钙钛矿和有机光伏电池中的 Voc 损耗分析而设计，其对 Voc 损耗的精确测量有助于优化太阳能电池效率。该系统为那些旨在完善和改进太阳能电池技术研究的人们提供了宝贵的工具。集成 Voc 损耗分析软件 (SQ-VLA)– SQ-VLA 软件是一款全面的解决方案，可与上述工具无缝集成，为详细的 Voc 损耗分析提供直观的界面。这一重要工具旨在帮助研究人员努力了解和提高太阳能电池的性能。这些精密仪器共同构成了太阳能电池分析的强大工具包。它们使研究人员能够有效识别 Voc 损失来源并制定有效的改进策略。有关这些仪器的详细规格和使用信息，建议参阅提供的产品页面。请记住，在太阳能电池研究领域，精度和准确性是关键，而这些工具的作用就是为了促进这一点。光伏检测请搜寻光焱科技

钙钛矿太阳电池中开路电压损失的实验室测量指南为研究人员提供如何在实验室中独立测量开路电压损耗的分步指南。开始钙钛矿太阳能电池研究时，人们可能想知道是否可以独立确定开路电压 (Voc) 损耗。令人鼓舞的答案是肯定的。根据 Shockley-Queisser (SQ) 极限（太阳能电池高效率的基准），Voc 损耗可通过三种不同类型的损耗进行量化。这些可以使用以下关系仔细计算：图像中描绘的数学关系概述了根据 Shockley-Queisser 极限计算钙钛矿太阳能电池开路电压 (Voc) 损耗的方法。该理论框架规定 Voc 损耗由三个不同的部分组成：ΔV1，热力学损失，与将电子从太阳能电池材料内的原子键中释放所需的能量有关。ΔV2，由于辐射复合造成的损失，即电子与空穴复合并发射光子，导致本可以转化为电能的势能损失。ΔV3，归因于非辐射复合的损耗，其中其他机制（例如声子相互作用）导致能量耗散而没有光子发射。在给定的公式中，“q"表示基本电荷，“ΔV"表示总开路电压损失。通过测量带隙能量 (Eg)、Shockley-Queisser 极限下的 Voc (V SQOC) 以及辐射复合的 Voc (VradOC)，研究人员可以计算其中的每一个损耗。这些值对于理解和优化钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。带隙能量 (Eg) 是太阳能电池材料的基本属性，而 V SQOC 和 VradOC 是分别反映理想和实际能量转换场景的特定电压。该方程为研究人员提供了一个定量工具，可以剖析和分析太阳能电池内的具体损耗，最终使他们能够制定策略，最大限度地减少这些损耗，并使太阳能电池的效率更接近理论最大值。为了测量这些值，研究人员可以使用提供的公式：带隙能量 (Eg) 与外部量子效率 (EQEPV) 对能量 (E) 的导数相关，这可以深入了解光伏材料将入射光子转换为电能的效率。V SQOC 使用玻尔兹曼常数 (KT/q) 计算，同时考虑太阳光谱 (ΦAM1.5) 和材料的黑体辐射光谱 (ΦBB)，它们分别代表最大潜在光伏响应和理论黑体发射。VradOC 还利用玻尔兹曼常数，并结合光伏器件的 EQE (EQEPV) 和太阳光谱，提供仅考虑辐射过程的理想化电压值。该公式代表太阳能电池的实际 Voc，包含电致发光外部量子效率 (EQEEL) 以及光伏量子效率和太阳光谱。这可以真实地测量太阳能电池在光照时的电压输出。通过将这些公式与实验数据相结合，研究人员可以定量评估钙钛矿太阳能电池的性能并确定改进途径。了解这些参数对于推进太阳能电池的设计和效率以及突破太阳能技术的极限至关重要。为了得出这些值，我们需要精确测量带隙能量 (Eg)、SQ 极限下的 Voc (V SQOC) 和辐射复合下的 Voc (VradOC)。这些分别代表太阳能电池的带隙、根据 SQ 限制的理论开路电压以及仅考虑辐射复合的开路电压。但如何测量这些关键物理量呢？让我们定义一下这些术语：钙钛矿带隙、Shockley–Queisser (SQ) 极限、辐射复合、Voc 损耗计算此外，利用二极管模型，理论上 Voc 可以通过以下方程确定：Voc = 钙钛矿的开路电压借助 Enlitech ELCT-3010（现已升级为 Enlitech REPS 钙钛矿光伏 Voc 损耗分析系统），研究人员可以测量太阳能电池的电致发光外量子效率 (EQEEL)。要开始使用钙钛矿 Voc 损耗分析软件 (SQ-VLA)，必须首先为测量和分析任务設定一个名称。输入来自 QE-R、IVS-KA6000 和 REPS 的数据后，软件会快速处理并显示结果，详细说明带隙、SQ 极限 Voc、辐射复合的 Voc 以及三个损耗：ΔV1、ΔV2 和ΔV3。通过并列对照和实验设置之间的 Voc 损失，我们可以清楚地了解实验变量的影响。调整是否能有效减少 Voc 损失？这个问题的答案将揭示我们是否已经成功提高了钙钛矿太阳能电池的 Voc，使我们离充分发挥其潜力又近了一步。这种方法不仅加深了我们对 Voc 损失机制的理解，而且推动我们提高钙钛矿太阳能电池的整体效率。图 10. 钙钛矿开路电压损耗分析软件 (SQ-VLA) 的启动快照。图 10 显示了 Enlitech 开发的钙钛矿开路电压损耗分析软件（称为 SQ-VLA）的初始屏幕。该界面是研究人员输入项目数据并开始分析太阳能电池电压损失过程的门户。简单且用户友好的输入对话框提示用户命名他们的项目，确保实验分析有组织且可追踪的工作流程。输入并确认项目名称后，该软件就可以执行 Voc 损失评估所需的复杂计算，为更高效的太阳能电池技术的研究提供支持。图 11. QE-R、IVS-KA6000 和 REPS 的数据实施快照。图 11 显示了 SQ-VLA 软件的用户界面，其中包含用于太阳能电池开路电压 (Voc) 损耗分析的数据输入。该软件旨在处理和分析光伏外量子效率 (PV-EQE) 数据、电致发光外量子效率 (EL-EQE) 数据以及被测设备 (DUT) 的电流-电压 (IV) 特性。在界面左侧，用户可以加载PV-EQE和EL-EQE所需的文件以及IV文件来启动分析。该数据输入对于确定 ΔE1、ΔE2 和 ΔE3 损耗至关重要，它们分别对应于热力学损耗、辐射损耗和非辐射损耗。界面的中心部分显示 PV-EQE 和 IV 数据的图表，提供有关不同波长光伏器件效率及其在不同电压条件下电气性能的视觉反馈。右侧的 EL-EQE 数据图绘制了太阳能电池作为发光二极管 (LED) 在反向偏压下工作时的效率与电流密度的关系。图表下方是 DUT 参数部分，其中包含器件的具体细节，例如带隙能量 (Eg)、开路电压 (Voc)、短路电流密度 (Jsc) 和 EL-EQE显示短路情况。这些参数对于了解光伏器件的性能特征至关重要。总体而言，SQ-VLA 软件的快照展示了一个综合平台，使研究人员能够加载实验数据并立即了解 Voc 损失，从而使他们能够评估并潜在地增强太阳能电池的性能。图 12. SQ-VLA 软件显示热力学损失 ΔV1、辐射复合损失 ΔV2 和非辐射复合损失 ΔV3图 12 提供了 SQ-VLA 软件界面的视图，显示了太阳能电池电压损耗的详细分析。该软件量化并说明了三种主要类型的电压损耗：热力学损耗 (ΔV1)、辐射复合损耗 (ΔV2) 和非辐射复合损耗 (ΔV3)。左侧的“电压损耗分析结果"部分列出了带隙能量 (Eg) 以及 Shockley-Queisser 极限下的 Voc 计算值 (V SQOC)、辐射复合的 Voc (VradOC) 以及设备的实际 Voc。这些值对于了解太阳能电池的效率和性能限制至关重要。在其下方的“DUT 参数"部分中，显示器件的具体参数，例如带隙能量、测得的 Voc、短路电流密度 (Jsc) 以及短路条件下的 EL-EQE。这些参数作为分析的关键输入。右侧的直方图直观地比较了每种类型的电压损失的大小。条形代表理想 Voc 与实际 Voc 之间的定量差异，分为三类损耗。这种视觉表示使研究人员可以轻松地查明太阳能电池中最重要的损耗区域，从而促进有针对性的改进以提高电池的性能。因此，SQ-VLA 软件提供了一个全面的工具，用于分析和了解影响太阳能电池 Voc 的各种损耗，为优化和研究开发提供宝贵的见解。待续：2024年 革新钙钛矿太阳电池性能：Voc损失分析的重要性！_PART4光伏检测请搜寻光焱科技

了解 Voc 损耗分析详细解释什么是 Voc-loss 分析及其对太阳能电池效率的重要性。当我们深入研究太阳能电池效率领域时，我们会发现开路电压 (Voc) 损耗的研究显然处于当前研究的前沿。但在我们解决 Voc 损失之前，我们需要充分了解它到底意味着什么。让我们剥开层层，从太阳能电池的基本原理开始。太阳能电池是由 n 型和 p 型半导体组成的分层三明治，共同作用以利用光。当能量超过半导体带隙的光子撞击电池时，它们被吸收，产生我们所说的电子空穴对。完整的过程涉及四个关键阶段：光子的吸收、光载流子（电子和空穴）的产生、它们在电池中的传输，以及最后它们在电极处的收集，从而产生电流。将太阳能电池想象成一个繁忙的机场：光子是入境航班（吸收），乘客是电子和空穴（光载流子生成），机场的布局是路径（运输），出口是电极（收集）。每个部分都必须顺利工作，以确保乘客（或者在我们的例子中是电量）有效地到达目的地。图6. 太阳能电池概念及太阳能电池能带图 （引自：台大电机系，太阳能电池原理与应用）。图 6 阐明了太阳能电池的基本概念和内部工作原理。在左侧，我们看到了太阳能电池的简化表示，其中有太阳投射的光线。当光子撞击电池时，它们会穿透半导体层 - 一个“n 型"半导体层具有丰富的电子，另一个“p 型"半导体层富含“空穴"或缺乏电子。正是在这个连接处，奇迹发生了：光子为电子提供能量，产生电子和空穴对，它们是发电的关键因素。该图的右侧显示了太阳能电池的能带图，类似于电子在电池内旅程的详细地图。该图分解了所涉及的复杂能量舞蹈，从光子的最初吸收到电子在材料中的释放和运动。它说明了引导电子流向电极的势垒和电场，从而导致电流流过外部电路。国立中国台湾大学电气工程系的这张图概括了从光子到电流的过程，是了解太阳能电池如何将阳光转化为可用能量的重要参考。这是电子穿过的潜在景观的快照，这种景观旨在引导这些带电粒子有效地通过系统，最大限度地减少损失并输出——这是太阳能电池技术的核心。现在，外部量子效率（EQE）就像机场的效率等级；它测量到达的光子与离开外部电路的电子的比率。EQE 光谱是从到达到离开整个旅程的快照，描绘了太阳能电池将光子转换为电流的能力。在理想的世界中，太阳能电池将以零浪费的方式转换能量，就像没有延误的机场一样，每次光子到达都会导致电子离开，从而实现 100% EQE。但现实更为复杂，一些非辐射路径就像计划外的停留一样，导致能量损失——可怕的 Voc 损失。了解 Voc 损耗是完善太阳能电池设计的关键。正是这些损失影响了我们的效率，通过研究它们，我们可以努力为我们的光子乘客提供更多的直飞航班，优化我们的太阳能电池机场，以实现更清洁、更高效能源的未来。钙钛矿太阳能电池实现超高效率的挑战探索钙钛矿太阳能电池效率提升的关键痛点和障碍。克服钙钛矿太阳能电池超高效率的障碍就像解决一个复杂的难题，其中每个部分都发挥着至关重要的作用。与无机光伏电池不同，钙钛矿等有机光伏电池尽管具有出色的内部量子效率，但通常表现出较低的外部量子效率 (EQE)，徘徊在 70% 左右。这种差异主要是由于它们的活性层很薄，厚度约为 100 nm，无法有效地吸收所需的光。此外，这些细胞容易受到一系列稳定性问题的影响。它们可能会遭受氧化和还原降解、重结晶，并且对温度变化敏感，导致性能随着时间的推移而下降。不同成分之间的降解速度和程度可能存在显着差异，这使其成为正在进行的研究的温床。还需要考虑固有的材料特性，例如激子扩散长度、电荷分离和收集效率。这些因素可能会受到杂质的严重影响，而杂质在制造过程中通常是不可避免的。研究人员正在致力于通过关注载流子迁移率和传输、薄膜形态和受控生长异质结等领域来改进有机光伏（OPV）。真空热蒸发和有机气相沉积等技术正在不断完善，而有机太阳能墨水和光捕获策略等创新技术正在开发中。一些人正在探索在串联光伏系统中使用 OPV，甚至这些材料的机械行为也正在接受审查。为了有效评估和改进这些进步，有机太阳能研究中出现了两个关键问题：我们如何实现精确测量？我们如何快速计算和解释这些测量的热力学和复合损失？解决这些问题是推动该领域发展的核心。在这里，Enlitech 的用于钙钛矿和有机光伏 Voc 损耗分析的 REPS 系统成为了希望的灯塔。这个综合系统使科学家能够以创新的精度和轻松测量、计算和分析 Voc 损失。凭借检测超低 EL-EQE 信号并计算各种形式的 Voc 损耗的能力，REPS 正在改变我们应对这些挑战的方式。其先进的软件 SQ-VLA 可以在统一的直方图中分析不同设备的能量损失，从而简化研究过程。通过提供快速、准确的测试数据和分析，REPS不仅节省了宝贵的研究时间，还消除了计算中可能出现的人为错误，从而推动该领域朝着实现钙钛矿太阳能电池超高效率的梦想迈进。图7. Enlitech的有机和有机光伏Voc损耗分析系统（REPS）用于分析和改善有机太阳能电池的损耗，该系统产生的研究成果可以无缝集成并快速在期刊上发表。Voc 损失分析的系统方法关于如何以更有组织、更有效的方式进行 Voc-loss 分析的指南。Shockley-Queisser (SQ) 极限由物理学家 William Shockley 和 Hans Queisser 建立，可作为理解平衡条件下太阳能电池最大效率的理论框架。根据 SQ 限制，太阳能电池的效率受到三种主要类型的开路电压 (Voc) 损耗的限制。首先，是 ΔV₁ 或热力学损失，它源于启动电子从价带移动到导带所需的基本能量。这就像你开始推动汽车上坡所需的能量。然后我们得到 ΔV2，即辐射损失。发生这种情况是因为太阳能电池不仅吸收光，而且还发射光，就像光子既进又出的双向街道一样。当电池与其周围环境达到平衡时，一些能量会辐射回来，这一不可避免的过程导致了第二次电压损失。最后，ΔV₃代表非辐射损耗。这些是由于细胞内其他过程造成的损失，例如声子相互作用，其中能量不是以光的形式发射，而是以热的形式消散。这类似于汽车所经历的摩擦——你看不到它，但它会减慢你的前进速度。通过应用 SQ 极限理论，我们可以精确剖析 Voc 损失过程，将每个损失能量量子归因于其各自的原因。了解这些损耗不仅可以启发我们了解能量的去向，还可以指导我们通过具体解决每种类型的损耗来设计更高效的太阳能电池。该理论对于将太阳能电池的性能边界推向理想极限至关重要。图8 SQ平衡极限理论的热力学损失、辐射复合损失和非辐射复合损失的能级示意图。图 8 显示了根据 Shockley-Queisser (SQ) 平衡极限理论的能级示意图，该理论阐明了太阳能电池中电压损耗的性质。在顶部，我们看到带隙能量 (Eg)，即将电子从价带提升到导带所需的能量，在导带中电子可以产生电流。该图描绘了三种类型的电压损耗：热力学损失 (ΔE1)，是将光子转换为电荷载流子过程中固有的基本能量损失。它被描述为带隙能量和热力学开路电压 (qVoc^SQ) 之间的差异。辐射复合损失 (ΔE2)，此处表示为热力学 Voc 和辐射复合 Voc (qVoc^rad) 之间的差距。这种损失解释了由于电子-空穴复合而发射光子时所耗散的能量。非辐射复合损耗 (ΔE3)，即通过其他路径（例如振动或热量）损失的能量，这些路径不会导致光子发射。它由辐射复合 Voc 和实际 Voc (qVoc) 之间的差距来表示。在能级表示下方，该图提供了计算每种情况各自 Voc 值的方程。热力学 Voc (Voc^SQ) 是根据短路电流密度 (Jsc) 和饱和电流密度 (Jsq) 的平衡得出的，考虑到玻尔兹曼常数 (k0)、绝对温度 (T) 和电荷电子（q）。同样，辐射 (Voc^rad) 和实际 Voc 考虑了辐射 (Jrad) 和二极管 (Jd) 过程各自的电流密度。这种视觉和数学描述对于研究人员和工程师来说至关重要，因为他们努力最大限度地减少这些损失并使太阳能电池效率接近 SQ 极限。图9. 对于辐射复合损耗和非辐射复合损耗的相关机制的解释和理解，读者可以参考Adv. 能源材料。2017, 1602358。这篇论文有关于各种缺陷引起的Voc损失机制的更多详细信息。图 9 提供了太阳能电池中辐射和非辐射复合损失所涉及机制的说明性分解，2017 年发表的《先进能源材料》杂志对此进行了详细解释。(a) 描绘了导带 (CB) 中的电子与价带 (VB) 中的空穴的辐射复合，导致光子 (ψem) 的发射。该过程导致热力学极限，并且是吸收材料行为的固有部分。(b) 显示非辐射直接电子空穴复合，这是一种不希望的损失，可以通过更换空穴传输材料 (HTM) 并向太阳能电池添加钝化层来减轻。(c) 说明了通过缺陷进行的复合，例如肖克利-雷德霍尔 (SRH) 复合，其中载流子被捕获，然后在不贡献电流的情况下复合。这里的解决方案涉及使用更纯净、无缺陷的材料。(d) 概述了表面的复合，特别是在不正确的电极（如金、Au，如图所示）处，可以通过钝化表面以减少电荷载流子和电极之间的接触面积来避免这种复合。最后的机制（如右侧所示）是俄歇复合，其中电子-空穴复合事件导致另一个电子跃迁到更高的能级，导致能量损失而没有有用的能量输出。该过程与材料特性有关，最好通过选择适当的半导体材料来避免。对于寻求更深入了解各种缺陷导致的 Voc 损失机制的读者，Advanced Energy Materials 中引用的文章对这些现象及其对太阳能电池效率的影响进行了广泛的探索。待续：2024年 革新钙钛矿太阳电池性能：Voc损失分析的重要性！_PART3光伏检测请搜寻光焱科技

在本文中，我们将仔细研究 Voc 损失分析，这是提高钙钛矿太阳能电池效率的关键技术。我们将首先解释什么是 Voc 损耗分析，以及为什么它对于克服在这些电池中实现超高效率的挑战如此重要。然后，我们将指导您逐步完成如何有效地执行此分析。但这不仅仅是理论——我们还将向您展示如何在实际情况中使用 Voc 损耗分析以及它所产生的真正影响。最后，我们将为希望在工作中实施这些技术的研究人员推荐一些工具和仪器。无论您是经验丰富的研究人员还是该领域的新手，本文旨在为令人兴奋的钙钛矿太阳能电池研究世界提供清晰、有用的见解。介绍简要概述 Voc 损失分析在钙钛矿太阳能电池研究中的重要性和影响。在寻求提高钙钛矿太阳能电池（PSC）效率的过程中，科学界取得了重大进展，特别是在了解和减少开路电压（Voc）损失方面。本简介概述了PSC从早期研究到最近取得突破的非凡历程，重点介绍了韩国UNIST和香港城市大学朱宗龙教授团队的关键贡献。随着ferrocenyl-bis-thiophene-2-carboxylate (FcTc2) 等先进材料的发挥作用，提高 Voc 和整体电池性能，效率记录被打破。这些里程碑以 Enlitech 的 REPS 等系统的精确分析能力为基础，为下一代 PSC 铺平了道路。它们有望提高稳定性和效率，有可能改变太阳能领域。本简介为更深入地了解推动该领域发展的创新技术和材料奠定了基础。图 1 突出显示了越来越多的科学论文专注于使用 Voc 损耗分析来提高钙钛矿太阳能电池的效率。该图显示自 2015 年以来人们的兴趣明显上升，出版物数量逐年稳步增加。2019 年和 2020 年左右，这种上升趋势明显暂停。然而，研究在 2021 年出现反弹，论文数量显着增加了一倍。2022 年的早期数据表明，这一势头不仅得以维持，而且到年底产量可能会比 2021 年翻一番。这种上升趋势突显了人们对 Voc 损耗分析作为提高太阳能电池性能的方法的巨大兴趣并日益增长。让我们快速回顾一下对开路电压 (Voc) 损耗的理解是如何演变的，以及为什么它在当今的钙钛矿太阳能电池研究中至关重要。在 2018 年 ACS Photonics 发表的一篇开创性文章中，Nam-Gyu Park 和 Hiroshi Sekawa 探索了钙钛矿太阳能电池的潜在效率。他们强调了一项重大成就：这些电池的短路电流密度（Jsc）几乎达到理论峰值，达到其最大预期值的 97%。然而，Voc 却落后了，仅达到理论极限的 77% 左右。与高效砷化镓 (GaAs) 太阳能电池（其中 Voc 已达到其极限的 95%）相比，很明显，提高 Voc 是释放钙钛矿太阳能电池全部潜力的关键。作者认为，重点关注增加 Voc（从本质上减少其损失）应该成为研究的重点，而不是让 Jsc 更接近其极限。他们提出，描述 Voc 损耗的详细理论模型，再加上一套用于分析这种损耗的精确测量工具，可以显着推动钙钛矿太阳能电池研究的发展。图 2 显示了钙钛矿太阳能电池通过提高短路电流密度 (Jsc) 或最小化开路电压 (Voc) 损失来实现更高能量转换效率的途径。该图表来自 ACS Photonics，表明通过关注这两个参数，钙钛矿太阳能电池正在迅速接近其理论最大效率。值得注意的是，钙钛矿与砷化镓（GaAs）一起标记以比较它们的性能，表明钙钛矿在太阳能电池技术中的巨大潜力。如需了解更多详细信息，请参阅 2018 年 7 月 2 日出版的 ACS Photonics 期刊。2019年以来，钙钛矿太阳能电池研究领域对“开路电压"的关注稳步增长。现在人们普遍认识到，最大限度地减少 Voc 损失是提高电池效率的关键策略。以 2019 年的一项里程碑式成就为例：《Nature Photonics》发表了一项关于钙钛矿太阳能电池的研究，创下了 23.2% 的新世界纪录。该研究强调了以减少 Voc 损失为中心的策略。该团队利用Enlitech的ELCT3011和REPS钙钛矿光伏Voc损耗分析系统来测量Voc的非辐射复合损耗。通过将光谱分析与热力学原理相结合，他们能够证实 PEAI 对钙钛矿薄膜的钝化效果。这种钝化导致 Voc 增加，从而提高钙钛矿太阳能电池的整体转换效率。图 3 展示了通过专注于减少 Voc 损耗来提高钙钛矿太阳能电池能量转换效率的里程碑式成就。Nature Photonics 详细介绍了 2019 年的这一突破，展示了一种钙钛矿太阳能电池，它不仅降低了 Voc 消耗，而且实现了接近理论最大值的短路电流密度 (Jsc)，达到了可能极限的 95%。这项研究的策略和结果为表面钝化技术提供了宝贵的见解，展示了它们在优化电池性能方面的有效性。图 4 突出了 2020 年 9 月 25 日《科学》杂志报道的一个显着里程碑：稳定的钙钛矿太阳能电池的诞生，其不仅效率超过 24.8%，而且电压损失最小，仅为 0.3 伏。这一成就强调了旨在减少 Voc 损失的创新策略的有效性，标志着太阳能转换领域的重大进步。2020 年，韩国蔚山国立科学技术研究院 (UNIST) 的一个团队凭借其高效钙钛矿太阳能电池成为头条新闻，该电池在仅 0.3 V 电压损失的情况下实现了令人印象深刻的 24.8% 能量转换效率，如科学杂志。他们策略的关键是优化开路电压 (Voc)。他们采用 Enlitech ELCT3010 系统（现称为 Enlitech REPS 钙钛矿光伏 Voc 损耗分析系统）来精确测量和分析钙钛矿太阳能电池的 Voc 损耗特性。另一项突破是，香港城市大学朱宗龙教授及其团队因创新使用二茂铁基双噻吩-2-羧酸酯 (FcTc2) 而于 2022 年 4 月登上《科学》杂志。这种化合物为钙钛矿太阳能电池稳定高效界面材料的开发提供了新的见解。二茂铁衍生物结合了有机和无机材料的优点，充当双功能界面层，显着减少钙钛矿太阳能电池界面的非辐射复合，同时增强电荷转移。利用 Enlitech ELCT-3010 系统和其他工具，研究人员可以通过结合 FcTc2 接口来提高太阳能电池的 Voc 和填充因子 (FF)。这使得倒置钙钛矿太阳能电池的效率达到破纪录的 25%，认证效率为 24.3%。值得注意的是，这些电池在模拟 AM1.5 照明条件下运行 1500 小时后仍保持了 98% 的初始效率。它们还经受了湿热环境下严格的稳定性测试，符合国际 IEC 61215:2016 标准。图 5 直观地总结了朱教授的研究在 PSC 性能方面取得的重大进展。(A) JV 曲线说明了性能最佳 PSC 的电流和电压特性，将具有 FcTc2 层的器件与不具有 FcTc2 层的器件进行了比较。(B) EQE 光谱显示了器件将不同波长的光转换为电能的效率，以及计算出的具有和不具有 FcTc2 的器件的电流密度。(C) 该图显示了使用 FcTc2 增强的 PSC 在最大功率点 (MPP) 处随时间的稳定功率输出。(D) 直方图表示 30 个器件样本中功率转换效率 (PCE) 值的分布情况，突出显示 FcTc2 处理后的性能提升。(E) EQE-EL 值表示 PSC 作为发光二极管 (LED) 的效率，根据不同的电流密度绘制，以便在 FcTc2 处理和未处理的器件之间进行比较。(F) 具有 FcTc2 的 PSC（充当 LED）的 EL 光谱显示了不同波长的发射光强度，峰值位于 806 nm 左右。Enlitech 的 REPS 系统是一款复杂的工具，擅长捕获最微小的 EL-EQE 信号，检测低至千万分之一的电平。得益于其 SQ-VLA 软件，它能够计算各种形式的开路电压：从热力学 Voc 到辐射和非辐射复合 Voc。系统并不止于此；它还可以使用单个直方图来比较和对比不同设备之间的能量损失，称为 ΔE1、ΔE2 和 ΔE3。REPS 系统真正具有变革性的是其分析软件，它将理论 Voc 损耗计算与设备 IV 曲线中观察到的实际 Voc 损耗保持一致。这种一致性对于希望加深理解、提高工作精度并最终为学术出版物和太阳能电池技术进步做出贡献的研究人员至关重要。待续：2024年 革新钙钛矿太阳电池性能：Voc损失分析的重要性！_PART2光伏检测请搜寻光焱科技

2024年3月，国务院常务会议审议通过《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》，旨在加速构建新发展格局，推动高质量发展，全国范围内的科学仪器行业迎来了更新换代的新机遇。响应号召的先锋，光焱科技积极配合政策，致力于协助客户高效清点普查现有设备，并迅速协助用户申请更新预算，顺利申请汰旧换新预算。为了更好地服务于广大高校和研究机构，光焱科技推出了一系列配合政策的方案，包括协助整理上报资料，提供一站式的咨询和技术支持，确保客户能够顺利完成设备更新申报工作。光焱科技拥有完整的光伏研究所需各项高性能、高效率的光伏科学研究设备，包括：太阳光模拟器（J-V测量）：提供高精度的光伏电池性能测试。量子效率测试仪（EQE测量）：准确测量光伏材料的光电转换效率。太阳能电池开路电压损耗系统（Voc能损）：分析电池性能损失，优化设计。傅立叶变换光电流测试仪（FTPS，CT态测试）：研究材料的载流子传输特性。瞬态光电流光电压测试系统（TPC、TPV）：探究光伏材料的动态响应。新型光电传感器特性分析仪（PD-QE）：评估传感器性能，提升检测效率。先进光电探测器量子效率与参数分析（APD-QE）：深入分析探测器特性。光电器件响应测量与分析仪（PD-RS）：全面评估光电器件的性能表现。钙钛矿太阳能电池瞬态光电流光电压测试仪（TPCV）：专为钙钛矿电池研发而设计。高速/高灵敏电致发光效率测试系统（LQ-50X）：提升发光材料的性能分析。光致发光与发光量子产率测试系统（LQ-100X-PL）：精确测量材料的发光特性。更多产品详情和规格说明，请联系光焱科技获取我们为您精心准备的产品列表，或下载下方的产品列表档案，让您的实验室能加速申报流程。扫描下载清单光焱科技，我们不仅提供高质量的产品，还致力于为客户提供全面的服务和支持。我们的团队拥有丰富的专业知识和经验，能够为您提供个性化的解决方案，确保您的科研设备能够顺利更新，助力您的科研事业发展。

量子效率是什么意思？表观量子效率 (AQE) 使用发生反应的电子或空穴数量与入射光子数量的比率来计算。该比率通常以百分比表示。AQE 的计算取决于具体情况以及所测量的反应或过程的类型。它是包括光伏和光催化在内的各个科学领域中评估光诱导过程效率的关键参数。表观量子效率 (AQE) 可以使用以下公式计算：天文学中的量子效率是什么？在天文学中，量子效率 (QE) 是指天文探测器（例如 CCD 相机）将传入光子（光粒子）转换为电子（然后将其记录为图像）的有效性。高量子效率在天文摄影中至关重要，因为它决定了有多少撞击传感器的光子被转化为有用信号，从而影响探测器捕捉微弱天体和细节的能力。量子效率和光谱响应度有什么区别？量子效率 (QE) 和光谱响应度都是表征光电探测器和太阳能电池的重要参数，但它们衡量性能的不同方面：量子效率（QE）：量子效率是衡量设备将入射光子转换为电子的能力的指标。它被定义为产生的电荷载流子数量与入射到器件上的光子数量的比率。QE 通常以百分比形式给出，并且可以作为入射光波长的函数来提供，以显示器件在整个光谱范围内的效率。量子效率有两种类型：外部量子效率（EQE）：这考虑了到达设备的所有光子，包括那些因反射或其他损失而损失的光子。内部量子效率 (IQE)：这仅考虑器件有源层吸收的光子，不包括由于反射或传输造成的任何损失。光谱响应度：光谱响应度是衡量光电探测器对不同波长光的响应程度的指标。它被定义为每单位入射光功率的电输出（通常是电流）的比率，表示为安培每瓦（A/W）。因此，光谱响应度可以直接指示在给定的不同波长的光功率下，您可以从设备中获得的电信号。太阳能电池或光电探测器的光谱响应度R ( λ ) 与量子效率 QE　之间的关系为：光谱响应度R ( λ ) 是光电探测器的电输出（电流）如何随入射光波长λ变化的量度。它通常以安培每瓦 (A/W) 为单位表示。提供的公式表明，光谱响应率大约等于量子效率 QE 和波长 QE（以微米为单位）的乘积除以常数 1.23985，这可能解释了给定QE时光子hν的能量（以电子伏特为单位）以㎛为单位。另一方面，量子效率 QE 是产生的电荷载流子数量与入射光子数量的比率。它是一个无量纲量，通常以百分比表示，表明设备将入射光子转换为电荷的有效性。在太阳能电池中，它类似于入射光子到电子的转换效率（IPCE），它测量不同波长下光子到电子的转换效率。这些参数共同有助于确定光电探测器和太阳能电池在不同波长下的性能，这对于优化它们对太阳光谱不同部分的响应至关重要。总之，QE 是衡量光子到电子转换效率的指标，而光谱响应度则表示光电探测器的电输出如何随入射光波长变化。虽然 QE 是无量纲的并且通常以百分比表示，但光谱响应度以每光功率的电流 (A/W) 为单位给出。外量子效率、IPCE和光子到电子转换公式之间有什么关系？该公式可以表示为乘以 100 的百分比：对于太阳能电池，这通常被設定为外部量子效率（EQE）。QE 是产生的电荷载流子数量与入射光子数量的比率，乘以 100 将其转换为百分比。它通常与入射光子到电子转换效率（IPCE）同义，有时与外部量子效率（EQE）同义，是评估太阳能电池性能的关键参数。它本质上测量太阳能电池将吸收的光（光子）转换为电流（电子）的效率。还重点介绍了该过程中涉及的步骤，例如吸收、载流子生成、传输和收集，以便更全面地了解影响太阳能电池 QE 的因素。光伏检测请搜寻光焱科技

内量子效率的公式是什么？内量子效率（IQE）的公式通常定义为器件内产生的电子空穴对或载流子的数量与其吸收的光子数量的比率。IQE 本质上是衡量吸收的光子在器件内转化为电子空穴对的效率与吸收的光子总数的比较。有关 IQE 的详细解释和具体数学表示。在给定的场景中，太阳能电池接收 10 个光子，但有 2 个被反射而不被吸收。因此，只有8个光子进入太阳能电池材料。其中，有 6 个导致电子的产生。要计算 IQE，给出的公式为：根据提供的信息：这意味着进入太阳能电池材料的光子中有 75% 有助于电子的产生。IQE 是一个重要参数，因为它排除了由于反射或未被吸收的光子造成的损失。它可以更准确地测量太阳能电池将吸收的光转化为电能的材料效率。量子效率设置为多少？EQE（外部量子效率）的测量涉及确定光伏器件或光电探测器（如太阳能电池或光电二极管）将入射光转换为电荷的效率。这种测量通常是通过将外部电路中产生的电荷载流子（如电子）的数量与入射到设备上的给定能量的光子数量进行比较来进行的。EQE 测量对于了解和优化各种应用中光子器件的性能至关重要。该图表示用于测量太阳能电池量子效率 (QE) 的系统设置。该系统的工作原理如下：光源：这是系统的主要光源，可以是提供广谱光的灯。斩波器：斩波器是一种以固定频率周期性地中断光束的机械装置。这使得锁定放大器能够区分来自与背景噪声中的光脉冲同步的光电探测器的信号。单色器：该设备从光源中选择窄带波长，产生用于测试太阳能电池的单色光。监控检测器：位于单色仪之后，它测量单色光的强度，确保光源强度的任何变化不会影响 QE 测量的准确性。辐照光学器件：这些光学器件将单色光聚焦或准直到太阳能电池上。太阳能电池：这是被测设备。它将入射的单色光转换成电流。参考：具有已知响应的参考探测器用于校准系统并确保准确的 QE 测量。白偏光源：该光源提供恒定强度的背景光，用于模拟太阳光谱并使太阳能电池保持在恒定的工作点。锁定放大器：这些设备用于测量来自太阳能电池和监控探测器的电信号。由于锁相放大器与斩波器同步，因此可以通过滤除噪声来高精度测量来自太阳能电池的小信号。放大器：在锁定放大器测量之前放大来自太阳能电池的电信号。该系统通过确定生成的电荷载流子数量与入射到电池上的光子数量的比率，可以精确测量太阳能电池的QE 。锁定放大器的使用对于高精度测量小信号至关重要，尤其是在存在噪声的情况下。绘制 IEC 60904-8 标准中量子效率测量系统示例的系统图。图 第一代QE-R量子效率测量系统。利用 Enlitech 的创新 QE-R 系统深入了解量子效率测试的世界，该系统是符合 IEC 标准的精度和可靠性基准。Enlitech 的 QE-R 系统专为好奇和细致的人而设计，为高精度、可靠的量子效率 (QE) 测量打开了大门，符合 IEC 标准。该系统因其“ FAR "（快速、准确、再现性）特点而脱颖而出：快速：实现快速 QE 测量（120 秒内 300-1100nm），这对于钙钛矿太阳能电池等时间敏感的新型光伏技术至关重要。准确：通过 NIST 可追踪校准，QE-R 提供精确的光子计数和光功率计算，并由双光路和双锁定放大器支持，以降低测试不确定性。可重复：其可靠的设计可确保一致、高度可重复的结果，测试 GR&R 显着低于 5%。如何计算表观量子效率？量子效率 (QE) 是指光电探测器或太阳能电池等设备将入射光子转换为电子的能力。它是衡量设备利用光子能量生成电信号的有效性的指标。在光电探测器中，QE 是生成的电荷载流子数量与撞击探测器敏感区域的光子数量之比。高 QE 意味着很大比例的光子转化为电子，表明探测器灵敏且高效。在太阳能电池中，量子效率表示电池将光子转化为可用电能的程度。它是评估光伏器件性能的关键参数，因为它直接影响其功率转换效率。QE 通常以百分比表示，并且会因不同波长的光而变化。它还区分了外部量子效率 (EQE) 和内部量子效率 (IQE)，外部量子效率 (EQE) 考虑了所有入射光子，而内部量子效率 (IQE) 仅考虑被器件有源层吸收的光子。待续：光伏量子效率的15个常见问题——每位光伏研究者都应阅读_PART4光伏检测请搜寻光焱科技

如何测量量子效率？如何测量量子效率曲线的流程图描述了使用系统测量太阳能电池的量子效率（QE），特别是外部量子效率（EQE）和内部量子效率（IQE）的程序。以下是流程图中概述的步骤的说明：波长设置：初始步骤涉及配置系统以测试特定波长。此设置将确定在测量过程中分析光谱的哪一部分。以QE-R系统为例，可以从软件设置页面设置从300nm到1100nm，以10nm为步进。系统开机：系统开机开始测量过程。QE测量系统的启动时间通常为几十分钟。以QE-R系统为例，建议灯管预热时间为15分钟至30分钟。较长的灯蠕虫时间可以提供更好的稳定数据采集和重复性结果。灯校准：在测量测试电池之前，对系统中用作光源的灯进行校准。这确保了测量的光强度和光谱准确且一致。设置参考池：在系统中设置具有已知量子效率的参考池。该单元用于校准系统并提供测量基线。测试电池测量：然后测量正在测试的钙钛矿太阳能电池或器件。这是收集实际量化宽松数据的地方。EQE 或 IQE 结果：处理测试电池测量的结果以确定 EQE 或 IQE。EQE 是收集到的电荷载流子数量与入射到电池上的光子数量的比率，而 IQE 仅考虑电池吸收的光子。Jsc 计算：根据 QE 数据计算短路电流密度 (Jsc)。Jsc是太阳能电池性能的一个重要参数，代表电池在无外部负载（零电压）情况下工作时的电流密度。测量EQE曲线后，QE-R可以自动进行Jsc计算。必须注意的是，基于被测波长的程序：对于小于或等于 1100 nm 的波长，仅使用硅光电二极管 (Si PD)。对于大于 1100 nm 的波长，测量从硅开始，然后过渡到锗光电二极管 (Ge PD)。之所以做出这种区别，是因为硅光电二极管通常用于可见光到近红外范围（最高约 1100 nm）的波长，而锗光电二极管对于红外光谱中的较长波长更有效。什么是太阳能电池的量子效率分析？太阳能电池的量子效率 (QE) 分析是一种用于评估太阳能电池将入射光转换为电能的效率的方法。该分析涉及两种主要类型的量化宽松：外部量子效率 (EQE)：EQE 测量转化为电子并贡献电流的入射光子的比例。它考虑了到达太阳能电池的所有光子，包括那些因不参与发电的层的反射和吸收而损失的光子。内部量子效率（IQE）：另一方面，IQE关注太阳能电池材料本身的效率，忽略其他层的反射和吸收等损失。它测量被吸收的光子转化为电子的比例。量子效率分析对于确定不同波长的光发电效率以及确定太阳能电池设计和材料的改进领域至关重要。它有助于了解太阳能电池的性能限制并指导更高效光伏技术的开发。图为QE-RX和 Loss-Analysis 软件界面，用于根据量子效率测量结果分析太阳能电池的短路电流 (Jsc) 损耗。该界面提供了影响太阳能电池 Jsc 的各种损耗因素的直观分解，例如基极收集损耗、近红外 (NIR) 寄生吸收、前表面逃逸、抗反射涂层 (ARC) 反射率、蓝光损耗、和金属阴影。图像的左侧部分显示了颜色编码图表，可能代表不同波长的量子效率，其中不同的颜色对应于不同的损耗机制。右侧部分显示条形图，定量比较这些损失的大小。这种分析对于太阳能电池优化至关重要，使研究人员和工程师能够识别和解决特定损耗，以提高太阳能电池的整体效率。它清楚地表明太阳能电池内的哪些过程导致效率下降最显着，从而指导进一步的研究和开发工作。太阳能电池的效率与量子效率有何区别？Enlitech 参考电池太阳能电池的效率是电能输出与进入太阳能电池的太阳光功率的比率。它衡量太阳能电池将阳光转化为电能的能力，并以百分比表示。其计算公式为：通常，太阳能电池的效率是根据 IV 曲线计算的。您上传的图像中的公式表示太阳能电池的转换效率 ( η )。它定义为输出功率 ( Pout ) 与输入功率 ( Pin )的比率：• Pout（或Pm）是最大功率输出，它是最大功率点处的电流（Imp）和最大功率点处的电压（Vmp）的乘积。• Pin是输入功率，由总辐照度 ( E ) 和太阳能电池面积 ( Acell ) 的乘积表示。效率还可以用太阳能电池的开路电压 ( Voc )、短路电流 ( sc ) 和填充因子 (FF) 来表示，填充因子是最大功率与Voc和Isc的乘积之比：该公式是确定太阳能电池如何有效地将入射阳光转化为电能的关键，这对于评估和改进太阳能电池技术至关重要。另一方面，量子效率（QE）与太阳能电池将光子转换为电子的效率有关。它是描述每个入射光子产生的电荷载流子（电子和空穴）数量的比率或百分比。QE 通常在整个太阳光谱范围内进行测量，并提供太阳能电池性能的各个波长的说明。量化宽松有两种类型：外部量子效率 (EQE)：EQE 测量太阳能电池输出的电子数量相对于撞击太阳能电池表面的光子数量，考虑所有损失，包括反射、吸收或无助于发电的光子。内部量子效率（IQE）：IQE测量太阳能电池输出的电子数量相对于太阳能电池实际吸收的光子数量。它提供有关太阳能电池材料本身效率的信息，不包括非活性层的反射或吸收等损失。虽然太阳能电池的整体效率可以快速反映其功率转换能力，但量子效率可以更详细地了解电池内光子损失或利用的位置，这对于太阳能电池材料和设计的研究和改进至关重要。待续：光伏量子效率的15个常见问题——每位光伏研究者都应阅读_PART3光伏检测请搜寻光焱科技

什么是量子效率的简单解释？量子效率（QE）是衡量设备（如太阳电池或传感器）有效将入射光子（光粒子）转换为电子的程度的指标。简单来说，它表示击中设备的光子中有多少被转换为可用的电信号。更高的量子效率意味着更高效的转换，设备在捕获和利用光方面性能更佳。本质上，量子效率描述了太阳电池将光转换为电的能力。HZB在2020年《Science》杂志中发表的一项重要发现呈现了单结钙钛矿太阳电池的外部量子效率（EQE）和集成短路电流密度（Jsc）。该图通过PTAA和Me-4PACz制成的电池的两条EQE曲线展示了从300到800nm波长范围内的转换过程。在这里，EQE提供了一个快照。量子效率度量表明在每个特定波长处转换为电子的入射光子的百分比，而集成的Jsc表示电池在照射时每单位面积可以产生的总电流输出，集成在相关光谱范围内。在广泛波长范围内接近90%的高EQE值表明了一种高效太阳电池技术，为钙钛矿太阳电池转换效率的显著突破做出了贡献。EQE和IQE之间有什么区别？外部量子效率（EQE）和内部量子效率（IQE）都是用于评估光伏设备（如太阳电池）性能的度量标准，但它们测量不同的方面：外部量子效率（EQE）：EQE是指设备收集到的电荷载体数量除以设备上入射光子数量的比率。它考虑了所有损耗，包括反射、不活跃层吸收和其他不导致电荷载体收集的过程。EQE直接测量设备将入射光转换为电流的能力，并通常表示为入射光波长的函数。内部量子效率（IQE）：IQE是一种衡量设备将吸收的光子有效转换为电荷载体的效率的指标。它定义为由设备的活性层吸收的光子数量除以收集到的电荷载体数量。与EQE不同，IQE不考虑由反射或不活跃层吸收引起的损失，它只关注设备的活性层在从吸收的光中生成电荷载体的效率。本质上，EQE考虑整个设备的效率，包括光学损失，而IQE专注于设备的活性层在实际吸收的光中产生电荷载体的效率。如何计算量子效率？量子效率 (QE) 可以通过将生成的电荷载流子数量（如光电探测器中的电子）与入射到器件上的光子数量进行比较来计算。该比率通常以百分比表示。就外部量子效率 (EQE) 而言，计算涉及在工作条件下从设备（如太阳能电池）提取的电子通量除以入射光子通量。确切的公式和计算方法可能会根据具体应用和被测设备的类型而有所不同。图。硅薄膜三结太阳能电池的量子效率曲线。每条曲线代表电池内三个光伏层之一，每个层都经过调整以吸收太阳光谱的不同部分。三结电池旨在通过堆叠对光谱不同部分敏感的层来最大限度地提高整体转换效率。与单结电池相比，这使得该电池能够利用更广泛的太阳光谱。每层都会捕获未被其他层吸收的部分阳光，因此各自的 QE 曲线中的峰值会有所不同。电池的整体效率将通过整合所有层的贡献来确定。量子效率的公式是什么？该公式可以表示为乘以 100 的百分比：对于太阳能电池，这通常被設定为外部量子效率（EQE）。QE 是产生的电荷载流子数量与入射光子数量的比率，乘以 100 将其转换为百分比。它通常与入射光子到电子转换效率（IPCE）同义，有时与外部量子效率（EQE）同义，是评估太阳能电池性能的关键参数。它本质上测量太阳能电池将吸收的光（光子）转换为电流（电子）的效率。还重点介绍了该过程中涉及的步骤，例如吸收、载流子生成、传输和收集，以便更全面地了解影响太阳能电池 QE 的因素。物理学中的量子效率是什么？在物理学中，量子效率（QE）是指太阳能电池或光电探测器等光子器件将入射光子转换为电子的效率。通常以比率或百分比表示，表示每个吸收的光子产生多少电子。QE 是评估依靠光吸收产生电信号或能量的设备性能的关键参数。待续：光伏量子效率的15个常见问题——每位光伏研究者都应阅读_PART2光伏检测请搜寻光焱科技

对于希望在重要科学期刊上发表的钙钛矿太阳能电池研究者来说，某些仪器对于生成高质量、可发表的数据至关重要。以下是列出这些关键仪器的表格：7. 钙钛矿太阳能电池研究的光致发光（PL）光谱法当光致发光（PL）光谱法应用于钙钛矿太阳能电池研究时，能够为这些材料的电子性质和缺陷态提供关键的见解，这些见解对于优化它们的光伏性能至关重要。以下是它的应用概述：7.1. 什么是光致发光光谱法？定义：光致发光光谱法是一种非破坏性的光学技术，用于研究材料的电子结构和缺陷态。它涉及用光激发材料中的电子，然后测量这些电子返回到较低能量状态时发出的光。功能性：发出的光的光谱提供了关于材料内部能级的信息，包括能带差和缺陷态。7.2. 在钙钛矿太阳能电池研究中的重要性电子性质分析：PL光谱法对于研究钙钛矿材料的电子性质至关重要，这些性质直接影响它们作为太阳能电池的效率。缺陷表征：它有助于识别和表征钙钛矿材料中的缺陷态。这些缺陷可以作为非辐射复合中心，降低太阳能电池的效率。7.3. 在钙钛矿太阳能电池中的关键应用材料优化：通过理解发光的性质和其淬灭机制，研究者可以优化钙钛矿的组成和处理条件，以最小化缺陷。界面分析：PL光谱法可用于研究钙钛矿太阳能电池中的界面，这对于电荷传递和复合过程至关重要。7.4. 挑战和考虑因素对环境条件的敏感性：钙钛矿材料对环境因素如湿度和氧气敏感，这可能会影响PL测量。样品制备：为PL光谱法准备钙钛矿样品需要小心控制，以避免改变它们的光物理性质。7.5. 进展和与其他技术的集成时间分辨PL光谱法：这种先进的技术测量光致发光发射的寿命，提供了关于电荷载流子动态的进一步见解。与其他表征方法的关联：将PL光谱法与SEM，XRD和UV-Vis光谱法等技术结合起来，可提供对钙钛矿材料的更全面理解。7.6. 未来展望理解降解机制：PL光谱法在研究钙钛矿太阳能电池的降解机制方面可能起到关键作用，从而导致更稳定材料的开发。设备工程：来自PL光谱法的见解对于设计和工程更有效的钙钛矿太阳能电池架构非常有价值。总结来说，光致发光光谱法是钙钛矿太阳能电池研究领域中的一种无价工具。它提供了关于钙钛矿材料的电子结构和缺陷态的重要信息，有助于优化它们的光伏性能和开发更高效且稳定的钙钛矿太阳能电池。8. 钙钛矿太阳能电池研究的环境测试室当环境测试室应用于钙钛矿太阳能电池研究时，它在评估这些电池在各种环境条件下的稳定性和耐久性方面起着至关重要的作用。这种测试对于理解和改善钙钛矿太阳能电池的实际性能和寿命至关重要。以下是它们在这个领域的应用概述：8.1. 什么是环境测试室？定义：环境测试室是专门设计的设备，用于模拟各种环境条件。它们可以精确控制如温度，湿度，光照和大气组成等因素。功能性：这些室允许研究人员将钙钛矿太阳能电池置于受控的环境压力下，并观察它们的反应，模拟它们在实际使用中可能遇到的条件。8.2. 在钙钛矿太阳能电池研究中的重要性稳定性测试：钙钛矿太阳能电池面临的最大挑战之一是对环境因素的敏感性。测试室对于评估它们在热，湿度和光照等条件下的稳定性至关重要。生命周期分析：它们通过模拟长期环境暴露来帮助确定钙钛矿太阳能电池的操作寿命。8.3. 在钙钛矿太阳能电池中的关键应用加速老化测试：这些测试在困难条件下快速老化电池，以快速收集关于它们随时间退化的数据。在不同条件下的性能：研究者可以评估温度，湿度或光强的变化如何影响电池的效率和性能。材料和设计优化：通过了解不同材料和设计对环境压力的响应，研究者可以开发更强大和耐用的钙钛矿太阳能电池。8.4. 挑战和考虑因素真实性与加速：平衡加速老化测试的需求和复制真实条件的愿望可能具有挑战性。测试室中的条件可能无法模拟现实世界中的条件。结果解释：理解加速老化如何转化为实际操作年限需要仔细分析，有时需要复杂的建模。8.5. 进展和未来方向与其他测试方法的集成：一些环境测试室现在正在配备模拟环境条件下的电气测试能力，提供更全面的分析。可定制的测试协议：技术的进步允许更复杂和可定制的测试协议，可以更好地模拟特定地理区域的具体气候条件。8.6. 未来展望开发标准化的测试协议：有对钙钛矿太阳能电池特定的标准化环境测试协议的日益增长的需求，以比较不同研究和实验室中的性能和稳定性。理解长期效应：环境测试室技术的持续改进将提供关于各种环境因素对钙钛矿太阳能电池长期影响的更深入的见解。总的来说，环境测试室在钙钛矿太阳能电池研究中对于评估这些电池在各种条件下的稳定性和耐久性至关重要。这种测试对于推进技术向实际和可靠的实际应用发展至关重要，确保钙钛矿太阳能电池可以承受它们在部署后会面临的环境挑战。光伏检测请搜寻光焱科技

对于希望在重要科学期刊上发表的钙钛矿太阳能电池研究者来说，某些仪器对于生成高质量、可发表的数据至关重要。以下是列出这些关键仪器的表格：4. 钙钛矿太阳能电池研究的扫描电子显微镜 (SEM)在钙钛矿太阳能电池研究中使用扫描电子显微镜 (SEM) 对于理解这些新型光伏材料的形态、成分和结构完整性至关重要。以下是SEM在这个领域的应用概述：4.1. 什么是扫描电子显微镜 (SEM)?定义：扫描电子显微镜是一种电子显微镜，通过扫描焦点电子束在材料表面产生高分辨率图像。功能：它检测从表面发出的二次或反向散射电子，提供详细的地形和成分信息。4.2. 在钙钛矿太阳能电池研究中的重要性形态分析：扫描电子显微镜(SEM)允许详细检查钙钛矿薄膜的形态，这是至关重要的，因为薄膜的微观结构极大地影响了太阳能电池的效率和稳定性。层厚度和均匀性：它有助于评估太阳能电池中各层的厚度和均匀性，以确保最佳的光吸收和电荷传输。4.3. 在钙钛矿太阳能电池中的关键应用材料表征：SEM被用来分析钙钛矿材料的晶体结构和晶粒大小，这些都是影响其光伏性能的重要因素。缺陷分析：识别和理解缺陷，如针孔或不均匀性，这些都可能对电池性能产生不利影响。横截面分析：SEM的横截面成像提供了对电池分层结构的深入理解，这对理解界面和层间相互作用至关重要。4.4. 挑战和考虑因素样品准备：由于他们对电子束和真空条件的敏感性，准备钙钛矿太阳能电池进行SEM成像可能会有挑战。结果解释：理解SEM图像需要专业知识，因为有时候人们可能会把伪影误认为是实际特征。4.5. 进步和与其他技术的集成高级成像：SEM技术的发展，如可变压SEM，允许对钙钛矿材料进行更少破坏性的成像。与能量散射X射线光谱(EDX)的结合：SEM通常与EDX结合用于元素分析，提供钙钛矿材料的形态和组成信息。原位SEM：一些高级的SEM设置允许在不同的环境条件下进行原位分析，使得可以实时研究材料行为。4.6. 未来展望纳米观察：SEM技术的持续发展将提供更详细的纳米级洞察力，帮助揭示微观层面的新现象。材料开发：SEM分析对钙钛矿配方和结构的持续开发至关重要，目标是提高稳定性和效率。与计算分析的集成：将SEM成像与计算建模结合起来，将进一步增强对钙钛矿材料的理解和太阳能电池设计的优化。总的来说，SEM在钙钛矿太阳能电池研究中起着至关重要的作用。其在微观和纳米尺度上提供详细的形态和组成分析的能力，对于理解、开发和改进钙钛矿太阳能电池是相当重要的。从SEM分析中获得的洞察力直接促进了这些有前景的光伏材料效率和稳定性的进步。5. 钙钛矿太阳能电池研究的X射线衍射(XRD)X射线衍射(XRD)是在钙钛矿太阳能电池研究中广泛使用的强大的分析技术。它在理解钙钛矿材料的晶体结构和相纯度上起着至关重要的作用，这些都是影响这些太阳能电池性能和稳定性的关键因素。以下是XRD在这个领域的应用概述：5.1. 什么是X射线衍射(XRD)?定义：XRD是一种技术，它涉及将X射线照射到材料上，并分析由X射线与材料中的原子结构相互作用形成的衍射模式。功能性：衍射模式提供了有关材料的晶体结构、相组成和其他结构性质的信息。5.2. 在钙钛矿太阳能电池研究中的重要性晶体结构分析：XRD用来确定钙钛矿材料的晶体结构，这对于理解它们的电子性质以及它们如何影响太阳能电池性能至关重要。材料质量和相纯度：它有助于评估钙钛矿薄膜的质量，检查杂质，并确认相纯度，所有这些都对于高效稳定的太阳能电池至关重要。5.3. 在钙钛矿太阳能电池中的关键应用优化制造过程：XRD分析用于优化钙钛矿层的制造过程，确保达到期望的晶体结构。稳定性研究：研究人员使用XRD研究钙钛矿材料在各种条件下，如暴露在湿度、热量和光线下的稳定性。识别降解产物：在降解的情况下，XRD可以识别钙钛矿材料中的副产品或改变的相。5.4. 挑战和考虑因素对条件的敏感性：XRD结果的质量可能对样品制备方法和条件敏感，需要精心处理和处理钙钛矿材料。数据解释：分析XRD数据需要专业知识，尤其是在区分相似的晶体结构和识别次要相或杂质方面。5.5. 进步和与其他技术的集成高分辨率XRD：先进的高分辨率XRD技术提供了更详细的关于晶体结构的信息，使得能够更深入地理解材料性质。原位XRD：原位XRD研究，其中在制造过程中或在操作条件下进行测量，提供了关于材料动态变化的洞察力。5.6. 未来展望材料开发：XRD技术的持续改进将有助于开发具有优化晶体结构的新钙钛矿组成，以提高太阳能电池的性能。结合分析方法：将XRD与其他分析技术，如SEM、TEM或拉曼光谱学结合起来，可以更全面地理解钙钛矿材料及其在太阳能电池中的行为。总的来说，XRD是钙钛矿太阳能电池研究中相当重要的工具。它提供了关于钙钛矿材料的晶体结构和相组成的详细洞察力，对于指导优化制造过程，改善材料稳定性，最终提高钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。6.6. 钙钛矿太阳能电池研究的紫外-可见分光光度计在钙钛矿太阳能电池研究中，UV-Vis分光光度计的应用对于表征这些材料的光学性质至关重要，这些性质直接影响它们的光伏性能。以下是概述：6.1. 什么是UV-Vis分光光度计?定义：UV-Vis分光光度计是一种在光谱学中用来测量样品中紫外和可见光的吸收和透射的仪器。功能性：它量化了样品吸收了多少不同波长的光，生成了反映样品光学性质的光谱。6.2. 在钙钛矿太阳能电池研究中的重要性光学性质分析：UV-Vis光谱学对于确定钙钛矿材料的光吸收特性至关重要，这些特性直接与它们吸收阳光并将其转化为电能的能力有关。带隙估计：它有助于估计钙钛矿材料的带隙，这是设计高效太阳能电池的关键参数。6.3. 在钙钛矿太阳能电池中的关键应用材料选择和优化：通过分析吸收光谱，研究人员可以选择和优化具有期望光学性质的钙钛矿组成，以增强太阳能电池的效率。层厚度优化：UV-Vis光谱学可以用来评估钙钛矿层的厚度和均匀性，因为这些因素影响光的吸收。6.4. 挑战和考虑因素样品准备：准确的UV-Vis光谱学需要适当的样品准备，以避免由于散射、反射或不均匀性引起的错误。数据解释：解释光谱以获取关于钙钛矿材料的有意义的信息需要专业知识，特别是在复杂的多组分系统中。6.5. 进步和与其他技术的集成原位测量：先进的分光光度计允许进行原位测量，使研究人员能够在不同的环境条件下或在制造过程中与其他表征技术的结合：通常，UV-Vis光谱分析会与其他技术如XRD，SEM，或光致发光光谱法等一同使用，以进行全面的材料分析。6.6. 未来展望增强光谱分析：正在进行的技术进步旨在提高UV-Vis光谱仪的分辨率和灵敏度，以便对钙钛矿材料进行更详细和准确的分析。高通量筛选：将UV-Vis光谱分析集成到自动化高通量系统中，快速筛选不同的钙钛矿组成和结构。总之，UV-Vis光谱分析是钙钛矿太阳能电池研究中的重要工具。它能够提供关于钙钛矿材料光学性质的详细信息，对于理解和优化它们的光吸收特性至关重要，这是开发和改进高效且有效的钙钛矿太阳能电池的关键因素。待续：钙钛矿太阳能电池前8需要仪器：科学期刊发表文章全面指南(下)光伏检测请搜寻光焱科技

对于希望在重要科学期刊上发表的钙钛矿太阳能电池研究者来说，某些仪器对于生成高质量、可发表的数据至关重要。以下是列出这些关键仪器的表格：1. 钙钛矿太阳能电池研究的太阳光模拟器1.1 什么是太阳光模拟器？定义：太阳能模拟器是一种人工光源，模拟自然阳光的光谱功率分布、强度和其他特性。它主要用于需要受控且一致的阳光条件的研究和测试环境。类型：有各种类型的太阳能模拟器，如稳态和脉冲型，主要差异在于它们提供光的方式（持续或短暂爆发）。1.2 钙钛矿太阳能电池研究中的重要性测试和特性分析：太阳光模拟器在评估钙钛矿太阳能电池性能中至关重要。他们提供了一个受控环境来测量效率、稳定性和对不同光强的反应等参数。测试的标准化：使用太阳光模拟器确保了太阳能电池在标准化条件下进行测试，使不同研究和实验室之间的结果比较更容易。1.3 钙钛矿电池太阳光模拟器的关键特性光谱匹配：模拟器的光应尽可能接近太阳光谱，因为电池的性能可能会随着不同波长的变化而变化。辐照度水平：精确控制光强是必要的，因为它会影响电池的功率转换效率和其他指标。均匀性：光的均匀分布对于确保一致和可靠的测试结果至关重要。1.4 挑战复制真实的阳光：可复制阳光的所有方面，包括其可变性，是一项挑战。长期稳定性测试：模拟阳光长期暴露的效果需要模拟器的长时间和一致的运行。1.5 在钙钛矿太阳能电池开发中的应用材料优化：研究人员使用太阳能模拟器测试不同钙钛矿组成对阳光的反应。设备工程：这对于测试钙钛矿太阳能电池的整体设计和架构至关重要。寿命和退化研究：理解这些电池在模拟阳光条件下随时间的退化情况。1.6 未来方向增强的模拟技术：正在进行的进步集中在更好的光谱匹配和包括温度和湿度等环境因素。高通量筛选：在自动化测试设置中使用，以快速评估多种钙钛矿配方。总的来说，太阳能模拟器在钙钛矿太阳能电池研究领域是重要的工具，使科学家能够在模拟真实世界阳光暴露的受控条件下，精确评估和优化这些有前途的材料。2. 钙钛矿太阳能电池研究的I-V曲线跟踪仪在钙钛矿太阳能电池研究中应用I-V曲线跟踪仪是评估和理解这些光伏设备性能特性的基本方面。以下是概述：2.1. 何为I-V曲线跟踪仪？定义：I-V (电流-电压) 曲线跟踪仪是一个用来测量光伏电池电气特性的电子仪器。它绘制出在不同条件下电池上的电流 (I) 与电压 (V) 的关系。功能：它提供了一个图形表示，显示太阳能电池的电流输出如何随电压变化。2.2. 在钙钛矿太阳能电池研究中的重要性性能分析：I-V曲线跟踪仪在钙钛矿太阳能电池研究中的主要用途是分析电池的性能。这包括确定参数，如开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、最大功率点和填充因子。效率计算：这些测量对于计算太阳能电池的总体效率至关重要。2.3. 与钙钛矿电池相关的关键特性灵敏度和准确性：由于钙钛矿材料的性质，需要高灵敏度和准确性。动态测试能力：鉴于钙钛矿太阳能电池可能的不稳定性和滞后效应，进行动态I-V测量的能力是需要的。2.4. 挑战和注意事项滞后现象：钙钛矿太阳能电池经常在其I-V曲线中表现出滞后，这可能使得测量和解释其性能变得复杂。环境因素：温度、湿度、光强对钙钛矿太阳能电池I-V特性的影响是一个活跃的研究领域。2.5. 在钙钛矿太阳能电池开发中的应用材料和工艺优化：研究人员使用I-V曲线跟踪仪来测试不同的制造方法、材料和电池结构如何影响电性能。退化研究：通过监测I-V特性随时间的变化，可以研究长期稳定性和在运行条件下的退化。2.6. 进步和未来方向自动化和高通量测试：I-V曲线跟踪技术的进步正在朝向自动化系统发展，允许对多个电池进行高通量测试，加快研发过程。与其他测量技术的整合：将I-V曲线跟踪与其他分析技术，如光致发光或阻抗谱，结合起来，以更全面地理解钙钛矿太阳能电池。在变化环境条件下的实时监控：增强I-V曲线跟踪仪以在变化的光强、温度和湿度等环境条件下监控实时性能，这对于理解钙钛矿太阳能电池在实际条件下的实用性能至关重要。总之，I-V曲线跟踪仪是钙钛矿太阳能电池研究中需要的工具。它为这些电池的电性能和效率提供了关键的见解，帮助研究人员优化材料和工艺，并理解钙钛矿太阳能电池在不同条件下的行为和稳定性。随着钙钛矿太阳能电池背后的技术的发展，I-V曲线跟踪仪在这个激动人心的研究领域中的能力和应用也将随之发展。3. 钙钛矿太阳能电池研究的量子效率测量系统当量子效率（QE）测量系统应用于钙钛矿太阳能电池研究时，是理解和优化这些新型光伏设备的光响应和总体效率的必要工具。以下是其角色和重要性的概述：3.1. 什么是量子效率测量系统？定义：量子效率测量系统是一种用来评估太阳能电池量子效率的仪器。量子效率指的是太阳能电池将光子转化为电子的能力，这对于确定其功率转换效率至关重要。类型：主要有两种 - 内部量子效率 (IQE) 和外部量子效率 (EQE) 测量系统。IQE考虑到电池吸收的光，而EQE测量转化为电子的入射光子的比例。3.2. 在钙钛矿太阳能电池研究中的重要性光响应分析：QE测量提供了关于钙钛矿太阳能电池在不同波长下如何有效地将光转化为电的见解。这对于理解电池在太阳光谱中的性能至关重要。材料和设计优化：通过分析QE数据，研究人员可以优化钙钛矿太阳能电池的材料成分、结构和设计，以提高其效率。3.3. 关键特性和考虑因素光谱范围：广泛的光谱范围对于评估电池在整个太阳光谱中的性能至关重要。准确性和灵敏度：由于钙钛矿电池可能由于其特殊的材料性质而表现出复杂的行为，因此高准确性和灵敏度至关重要。3.4. 钙钛矿电池的QE测量挑战不稳定性和滞后：钙钛矿材料可能表现出不稳定性和滞后效应，这可能影响QE测量的准确性和重复性。环境敏感性：钙钛矿太阳能电池对环境因素如湿度和温度敏感，这可能会影响QE测量。3.5. 在钙钛矿太阳能电池开发中的应用效率基准测试：QE测量是用于将钙钛矿太阳能电池的效率与其他光伏技术进行基准测试的标准方法。损失分析：它有助于识别和量化太阳能电池内部的损失机制，比如非辐射复合损失。层优化：研究人员使用QE数据来优化太阳能电池结构中的各个层，如吸收层、传输层和接触层，以实现更好的光吸收和电子传输。3.6. 进步和未来趋势整合新的测量技术：QE测量系统的进步包括整合其他技术，如时间分辨光致发光，以深入了解载流子的动态。高通量和原位测量：开发更快、更自动化的QE系统，用于高通量筛选材料，以及在制备过程中进行原位实时分析。环境条件模拟：增强QE测量系统的能力，以模拟各种环境条件，使得钙钛矿太阳能电池在实际运行环境中的性能评估更为真实。总之，量子效率测量系统是钙钛矿太阳能电池研究的基础工具。它提供了关于这些电池将光转化为电能的效率的关键见解，指导材料选择、电池设计和工艺优化。随着钙钛矿太阳能电池领域的不断发展，QE测量的作用在推动太阳能电池效率和性能的边界方面仍然至关重要。待续：钙钛矿太阳能电池前8需要仪器：科学期刊发表文章全面指南(中)

【研究背景】钙钛矿太阳能电池作为新兴的光伏转换技术,具有巨大的发展潜力。但是其稳定性仍然存在挑战。相比常规的n-i-p结构太阳电池,p-i-n几何结构简化了制作工艺,更适合安排电荷传输层,也降低了工艺温度。自组装单层可以增强p-i-n结构电池的转化效率,但超薄的自组装单层在高温下可能不稳定。目前研究主要聚焦在提升钙钛矿材料本身的稳定性,对自组装单层在高温条件下的降解效应关注还比较少。【关键问题】与常规的聚合物和金属氧化物空穴传输物质比,基于自组装单层的钙钛矿太阳能电池热稳定性较差,主要存在以下几个问题:自组装单层分子与底物之间的化学键合关系到其热稳定性。高温可能使锚定基团与间隔基团中的化学键发生断裂,导致自组装单层降解;钙钛矿电池中使用的超薄自组装单层更易在高温条件下发生热解吸,使其有益的性质损失,如高空穴选择性、低界面态密度等;热应力影响自组装单层的形态,使其性能下降。这会破坏单层分子在基底表面的均匀性与覆盖密度,进而影响电荷提取与整体稳定性;自组装单层与钙钛矿吸收层之间的界面连接关系到器件的整体热稳定性。界面不牢固将导致高温性能衰减。新思路近日，香港城市大学朱宗龙和华中科技大学李忠安研究团队通过使用热稳定的孔选择性层（HSL）来改善p-i-n钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性和性能。该HSL由镍氧化物（NiOx）纳米颗粒膜和表面锚定的（4-（3,11-二甲氧基-7H-二苯并[c,g]咔唑-7-基）丁基）膦酸（MeO-4PADBC）自组装单分子层（SAM）组成。SAM已被证明可以提高PSCs的性能，但其热稳定性仍然是一个问题。作者旨在提高在高温下稳定的SAM基PSCs，并研究SAM形成分子的降解效应。技术路线：本研究首先比较了在p-i-n钙钛矿太阳能电池中,使用MeO-4PADBC自组装单分子层(SAM)和NiOx/MeO-4PADBC作为孔选择性层(HSLs)的效果。研究结果显示,与仅使用MeO-4PADBC相比,NiOx/MeO-4PADBC具有更好的孔洞提取效果。我们使用傅里叶变换红外光谱仪对MeO-4PADBC和NiOx/MeO-4PADBC的化学键进行了测试,结果证实了两者之间存在化学键的形成。我们还使用紫外光电子能谱仪测试了不同材料与钙钛矿吸收剂之间的能级匹配情况。测试结果显示,与ITO/MeO-4PADBC相比,NiOx/MeO-4PADBC与不同钙钛矿吸收剂之间具有更好的能级匹配。时间分辨光致发光衰减曲线表明,ITO/NiOx/MeO-4PADBC基板有助于提高孔洞提取效率。综合来看,NiOx/MeO-4PADBC层改善了孔洞提取效率和能级匹配,从而提高了钙钛矿的结晶性。技术优势：在制造工艺上,与普通的正置电池相比,倒置结构更易于在大规模生产中实现。本研究使用了稳定的镍氧化物改性膦酸自组装单层作为孔选择层,不仅提高了电池效率,也使得电池更加稳定可靠。在热稳定性方面,传统的自组装单层容易在高温下发生退化。本研究的膦酸自组装单层锚定在镍氧化物纳米颗粒上,优化了界面偶极矩,实现了快速的孔提取,界面缺陷密度大大降低。因此,即使在高温长时间工作条件下,电池效率依然可以很好地保持。在转换效率方面,本研究的稳定孔选择层可以显著提高倒置结构钙钛矿电池的功率转换效率,在1.53V工作电压下,实现了高达25.6%的转换效率。在长期运行稳定性方面,本研究的电池在90°C条件下连续工作1200小时后,效率保持在65%以上,展现出优异的稳定性和耐久性。研究内容本研究设计了一种螺旋形的二苯并[c,g]咔唑(DBC)为核心基元的自组装单层(SAM)分子MeO-4PADBC,该设计在多个方面优化了钙钛矿太阳能电池的性能。首先,DBC基元的加入减轻了MeO取代基对SAM分子偶极矩的负面影响。之前研究发现,咔唑核心接受MeO取代后会导致偶极矩下降,从而使SAM分子的HOMO与钙钛矿的价带最大值存在较大的偏移。本研究新合成的MeO-4PADBC中,DBC基元的加入改善了这一问题,与非MeO取代的4PADBC相比,MeO-4PADBC的偶极矩仅略有下降。其次,DBC基元的非共面螺旋形结构破坏了SAM分子的平面和对称性,有利于与钙钛矿的接触。这导致了更好的能级匹配,更快的孔提取速率,和界面处缺陷密度的降低。与MeO-4PACz相比,MeO-2PADBC与钙钛矿的界面结合能更高。测量结果显示,MeO-4PADBC的总结合能为-7.19 eV,而MeO-2PACz为-5.27 eV。这说明MeO-4PADBC能与钙钛矿形成更强的相互作用。本研究采用Enlitech公司的产品进行测试。空穴选择性层应用开尔文探针力显微镜(KPFM)、结合能计算和加速热老化实验共同证明了MeO-4PADBC自组装单层与NiOx基底之间形成了化学键。KPFM图像显示MeO-4PADBC分子高密度地吸附在ITO和NiOx表面,说明它与这两个基底材料都存在结合。计算结果表明,MeO-4PADBC与NiOx的结合能(-22.4 eV)高于与ITO的结合能(-16.7 eV),因此与NiOx的化学结合更牢固。加速热老化实验中,NiOx/MeO-4PADBC基底的表面电位稳定,而ITO/MeO-4PADBC基底的表面电位波动,进一步验证了NiOx/MeO-4PADBC键合的稳定性。另外,在2PACz的咔唑环上引入OMe基团,会导致自组装单层的偶极矩减小。这是因为高度共面化的咔唑环结构加剧了OMe基团对偶极矩的负面影响。偶极矩减小改变了自组装单层与钙钛矿之间的相互作用,导致系统能级结构发生变化,从而使功函数上移。综上所述,多种实验手段共同证实了MeO-4PADBC与NiOx之间存在稳定的化学键结合。引入OMe基团会减小自组装单层的偶极矩,改变其与钙钛矿的相互作用。太阳能电池性能和表征采用NiOx/MeO-4PADBC作为孔选择层的钙钛矿太阳能电池显示出优异的光伏性能。在0.0414 cm2的有效面积下,电池效率达到高达25.6%。这一策略对不同带隙的钙钛矿吸收体都奏效。带隙分别为1.53 eV、1.68 eV 和 1.80 eV的电池,其效率分别达到25.6%、22.7% 和 20.1%。稳态功率输出结果进一步验证了这些器件的高效可靠性。NiOx/MeO-4PADBC界面处的缺陷密度较低,有助于提升光伏性能。准费米能级分裂和开路电压值的一致性表明,空穴选择层使整个器件在空间上能级连续,提取效率高。1.53 eV的器件开路电压达到理论值的95%,说明NiOx/MeO-4PADBC层有效减少了界面电压损失,实现了载流子的高效提取。综上所述,NiOx/MeO-4PADBC作为孔选择层,使不同带隙的钙钛矿太阳能电池都实现了较高的光电转换效率。接口质量的优化是其工作机制的关键。图2 不同HSL的PSC的光伏性能PSC稳定性研究研究人员采用开尔文探针力显微镜测试了自组装单层MeO-4PADBC在加热条件下与ITO和NiOx基底的相互作用。接触电位分布的变化表明,NiOx/MeO-4PADBC的界面结合力优于ITO/MeO-4PADBC。密度泛函理论计算发现,在室温下MeO-4PADBC与NiOx的结合能为-22.4eV,高于与ITO的结合能(-16.7eV)。当温度升高到340K时,MeO-4PADBC与ITO的结合能大幅减小至-11.6eV,但与NiOx的结合能变化较小(-20.3eV),保持了较高的稳定性。加速热老化实验中,基于NiOx/MeO-4PADBC的电池在65°C下运行1200小时后,效率保持在90%。而基于MeO-4PADBC的电池效率只保持了65%。NiOx/MeO-4PADBC电池的激活能约为0.389eV,比MeO-4PADBC电池的0.150eV高近一倍,表明NiOx/MeO-4PADBC的热稳定性更优。图3 PSCs降解机制分析图4不同温度下PSC的长期稳定性评估。总结展望综上所述,香港城市大学朱宗龙团队和华中科技大学李忠安团队设计并证明了一种高效稳定的孔选择层材料MeO-4PADBC。该材料的热稳定性得到大幅提高,非常适合用于倒置结构钙钛矿太阳能电池。MeO-4PADBC的分子结构经过优化,使其具有适中的偶极矩和与钙钛矿的良好接触,从而实现了理想的能级匹配和快速的孔提取,增强了器件的效率和稳定性。此外,MeO-4PADBC锚定在NiOx上的设计增强了化学键结合,有效减少了界面电压损失,提高了热稳定性。本研究为设计高效稳定孔选择层材料提供了理论指导,并为钙钛矿太阳能电池的实际应用铺平了道路。

【重点摘要】此研究文章由 Prof. Brabec 团队于 Science 刊登发表。用于钙钛矿太阳能电池的新型 Ta-WOx 和聚合物 HTM 界面Ta-WOx 与聚合物形成准欧姆接触，减少势垒钙钛矿电池实现了21.2%的效率和出色的稳定性适用于各种不含离子掺杂剂的可扩展聚合物深层聚合物HOMO水平提高稳定性实现高效能、无滞后且稳定的钙钛矿太阳能电池的制造钙钛矿太阳能电池需要稳定、廉价的电洞传输材料（HTM）。目前的 HTM（例如 spiro-MeOTAD）不稳定，需要离子掺杂剂。这项研究开发了一种掺钽氧化钨 (Ta-WOx) 中间层，可与廉价聚合物形成准欧姆接触，从而无需掺杂剂。研究人员在低温下对所有层进行了溶液处理。 UPS 揭示了与聚合物价带对齐的 Ta-WOx 间隙态，从而实现高效的电洞传输。值得注意的是，具有聚合物/Ta-WOx介面的钙钛矿太阳能电池实现了21.2%的效率和出色的稳定性，1000小时后仍保持95%的效率。使用 Enli Technology EQE 系统记录外部量子效率 (EQE) 光谱以验证光电流。无掺杂剂介面普遍适用于各种可扩展的聚合物。此外，深层聚合物 HOMO 能阶阻止了与钙钛矿的反应。这种无磁滞、稳定的架构克服了关键限制，为与大批量生产相容的高效能钙钛矿太阳能电池提供了一条途径。Fig G.性能最佳装置的 EQE 和整合电流为 22.2 mA/cm2。本研究使用Enlitech QE-R产品进行量测。【研究方法】用于在与塑胶基材相容的低温（透过火焰喷射热解合成 Ta-WOx，并透过旋涂将其掺入聚合物中透过「溶剂淬火」方法沉积的钙钛矿吸收层用于制造电子传输自组装单分子层（C60-SAM）的富勒烯光电发射光谱 (UPS)，用于研究界面处的能阶AM1.5G 照明下太阳能电池效率与稳定性表征SEM、TOF-SIMS、AFM 用于分析层形态和相互扩散J-V 曲线、EQE 和 EL 用于评估电荷传输和接触仅用于专门评估孔提取/注入的孔设备系统地比较不含离子掺杂剂的聚合物，以显示方法的普遍性【研究成果】Ta-WOx 与聚合物形成低电阻接触Ta-WOx 中的间隙态有利于掺杂和电荷转移钙钛矿电池实现了 21.2% 的效率，高于其他 HTM滞后可忽略不计，重现性极佳Ta-WOx 保护钙钛矿，提高稳定性连续照明 1000 小时后，电池仍保持 95% 的效率适用于各种无掺杂剂的可扩展聚合物深层聚合物HOMO提高稳定性实现高效、稳定、无磁滞的钙钛矿太阳能电池

贺！ FAU Christoph Brabec 的团队近期成功将效率提高至 14.46%！【有机太阳能组件效率达14.46% 】日前,Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy (HI ERN)和Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU**)**的研究小组宣布,他们利用有机光伏材料制作出了效率达到14.46%的太阳能组件,打破了之前13.1%的世界纪录。被业内专家誉为有机光伏领域的重大突破。【太阳能产业面临发展瓶颈】作为可再生能源的主力军,太阳能一直受到各国政府和企业的高度重视。但是其商业化道路并不顺利,硅材料效率难以提高是主要障碍。此外,硅组件笨重、脆弱,不易实现建筑一体化,制造成本高昂也制约了发展。业内迫切需要硅材料的替代品。【有机光伏具备设计灵活性优势】有机光伏以其设计灵活性著称,组件可以是透明和可挠曲的,可嵌入窗户、建筑外墙。此外,生产过程更环保,原材料易回收利用。但有机材料的光电转换效率历来较低,这阻碍了商业化进程。【重大突破:组件效率超过14%】FAU Christoph Brabec的团与和HI ERN合作，历时几年研发,,通过优化有机光伏材料、降低组件中的非活性面积以及更均匀的涂层技术,使组件效率首次突破14%大关,达到14.46%,实现了有机光伏领域的历史性突破。【有机光伏商业前景广阔】该研究证明,有机光伏完全可以取代硅材料,应用于可再生能源领域。它将为建筑一体化和车载应用提供更多可能。有机光伏组件的低成本和设计灵活性也将加速其商业化进程。业内专家预测,有机光伏组件有望在2030年之前实现规模化应用。【Christoph J. Brabec 近年论文懒人包】(1) A generic interface to reduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells▌DOI: 10.1126/science.aao5FAU Christoph Brabec 的团队采用Enlitech QE-R产品进行量测。(2) Air-processed polymer tandem solar cells with power conversion efficiency exceeding 10%▌https://doi.org/10.1039/C5EE02145F(3) Overcoming the Interface Losses in Planar Heterojunction Perovskite-Based Solar Cells▌https://doi.org/10.1002/adma.201504168

【重点摘要】量子相干性和纠缠可以使量子成像和显微技术的分辨率和灵敏度远超传统光学物理极限。为实现这些量子技术,需要使用具备特定功能的检测器。本文旨在强调基于单光子雪崩二极管(SPAD)的传感器在量子成像和显微应用中的重要性,为下一代理想的量子成像器铺平道路。在回顾了主要的提高样本图像分辨率和灵敏度的量子物理原理技术后,指出了雪崩光电二极管(APD)、增强型耦合电荷探测器(ICCD)和电子倍增CCD(EMCCD)等不同传感器的优缺点。然后主要分析了SPAD基传感器,将其确定为量子成像的最佳候选,并批判性地讨论了需求和性能,也与已有的具有特定功能的SPAD架构进行了关联,以配合应用。最终,下一代量子成像器应当整合在此呈现的所有最优构建方案,以检测光子巧合并执行高效的事件驱动式读取,还需利用适当的技术和SPAD设计来优化所讨论的检测性能。【解析度的量子】 利用独特的量子纠缠和相干性,量子光学技术将传统光学的分辨率和灵敏度推向极限。通过操纵单个光子和光子对,量子成像系统可观测到病毒大小的细胞组织结构以及绝缘体材料中的纳米级缺陷。这种操控光的粒子性开启了成像科学的新纪元,将为生物医学应用带来广阔前景。【单光子检测的关键性】 实现量子光学成像的核心是高效和高灵敏的单光子传感。与传统的雪崩光电二极管(APD)和增强型耦合电荷探测器(ICCD)不同,单光子雪崩二极管(SPAD)可以准确检测单个入射光子及其到达时间,从而检测不同通道光子的相干性。SPAD传感器这一独特优势使其成为量子成像领域的最佳解决方案。Enlitech的SPD2200是商业级SPD特性分析系统，专注于分析和测试对LiDAR技术重要的SPAD。近期成功卖入全球SPAD前三大晶圆厂之一。它提供了光谱和时域特性分析模块，灵活满足了dToF模块开发中多样的测量需求，可灵活选择单个模块或综合使用以进行全面性的特性分析。【光子巧合的量子标记】 量子成像通常依赖于光子的量子纠缠和相干性。这需要同时检测两条光路中单个光子的到达时间,以标记光子对的关联性。SPAD传感器提供皮秒量级的时标功能,通过事件驱动式读出高效提取量子光学成像所需的关键信息,不同于CCD或CMOS成像传感器获得的整幅图像。【量子效应的跨尺度成像】 单光子检测促进了从微观尺度到生物组织或器官水平的各种跨尺度的量子成像技术。例如,利用量子光学原理设计的光学相干断层扫描可以实现细胞和组织的三维结构重建;单光子自相关光谱技术可以实现深部组织的非侵入式检测。随着光子检测方法的发展,量子成像未来可望在生命科学和医学领域得到广泛应用。【让我们期待量子世界的新景象】 当前,集成单光子检测的量子相机和显微镜仍属实验室概念验证阶段,但其呈现的分辨率和动态范围已远超同类产品。量子光学成像技术充分发挥量子世界的奥秘,必将给人类打开崭新的景象和认知世界的新视野。让我们共同期待这场成像领域的量子!图20 带电栅控SPAD图像传感器像素架构[64] 采用许可复制[64] 版权2018年,SPIE。图26 不同工艺制作的SPAD的PDP比较[54,65,81,82] 为完整起见,还增加了与ICCD PI-MAX4-III Gen和EMCCD ANDOR iXon3相关的PDP。

【重点摘要】这项研究由浙江大学林时胜教授团队等人发表。制作了石墨烯/GaAs异质结构光检测器添加银纳米颗粒以进行等离子增强实现超高（210 mA/W）、宽频（325-980 nm）的响应度和探测度从纳米粒子等离子体重叠载流子分离区域进行增强可用于色彩检测等应用的可见光到近红外的敏感度理想协同石墨烯/GaAs/等离子体整合实现卓越性能【研究背景】石墨烯展现出优异的宽频光检测光电特性，但基于石墨烯的光检测器的响应度和探测度受限。将石墨烯与半导体作为异质结构整合可以增强性能，但半导体的能隙限制使先前的展示仅适用于狭窄光谱范围，不适用于对敏感色彩检测要求较高的应用。GaAs是克服这些限制的理想候选者，其直接的1.42电子伏特能隙和高迁移率使其能够实现从可见光到近红外的高性能光检测。此外，石墨烯/GaAs界面上光产生载流子的超快分离为从局部表面等离子共振中获得显著增强提供了潜在可能性。本研究实现了一种等离子增强的石墨烯/GaAs异质结构光检测器，其响应度、探测度和325-980 nm范围内的宽频响应度同时极高，呈现了现有光检测器无法匹敌的卓越灵敏度。【研究结果】光响应度和探测度在405nm波长下，银纳米颗粒使光响应度提高了38%，达到210mA/W，探测度提高了202%，达到2.98×10^13 Jones。这种探测度超过先前基于石墨烯的光检测器2至3个数量级。提升效果覆盖了从325nm到980nm的整个测试光谱范围。提升的光谱依赖性在较短波长处表现出更大的增强，与银纳米颗粒等离子共振峰相匹配。显示提升来自表面等离子共振。载流子寿命和EQE分析更快的瞬态PL衰减（1.65ns对比1.97ns）表明银纳米颗粒将光吸收局部化在GaAs表面附近。从300至1000nm的增加EQE与等离子增强相符。以上确认了表面等离子体能够在异质界面上更有效地分离载流子。光学模拟模拟显示银纳米颗粒周围和延伸至GaAs的近场集中。与石墨烯/GaAs肖特基接面和GaAs光吸收深度重叠。解释了这种异质系统中极为宽频提升的来源。【研究方法】作者将CVD生长的石墨烯转移到n型GaAs基板上，制作了石墨烯/GaAs异质结构光检测器。使用自旋涂布技术将银纳米颗粒（直径100nm）涂覆到石墨烯表面，利用表面等离子共振提升器件性能。在不同照射波长（325-980nm）下，以自供电模式测量了光电流、响应度和探测度。进行了瞬态PL衰减和EQE测量，以研究性能提升机制。【结论】石墨烯与GaAs的协同作用通过石墨烯/GaAs接面耗尽区域、表面等离子近场和GaAs吸收深度的复杂重叠，带来了显著的宽频增强。这种增强机制特别适用于石墨烯/直接带隙半导体异质结构，例如石墨烯/GaAs。由此产生的增强效应提高了响应度、探测度和宽广的光谱范围，使其成为一款出色的光检测器，特别适用于需要敏感彩色检测的应用，比如CCD成像。随着5G和移动技术的进步推动先进光电感应器件融入日常生活，挑战在于感光区域的缩小。然而，这种趋势要求这些先进光检测器具有更出色的光感应性能，增加了准确测量量子效率的难度。传统方法在波长分散引起的焦点位移方面存在困难，使得在微米级活跃区域内精确捕捉全光谱量子效率曲线变得困难。作为回应，Enlitech APD-QE利用空间光均匀化技术和ASTM“照射模式”，适用于测量LiDAR感应器、TFT影像感应器、InGaAs光电二极管等多种先进光检测器的量子效率和关键参数。传统量子效率系统在准确测量小面积光检测器方面存在限制，因为光子聚焦和克服光学分散和畸变所造成的测量误差难度，影响了EQE光谱曲线。APD-QE 能克服这些挑战，成为尖端光侦测器的尖端工具!

【为什么滨松的雪崩光电二极管很常见?】滨松光子学是雪崩光电二极管(APD)的著名制造商。其产品由于高性能和高可靠性而被广泛使用于各种应用中。滨松APD常见的一些原因如下:品质和可靠性:滨松在高品质光检测器的制造方面拥有悠久历史,其APD同样符合严格的应用要求,并经过严格测试以确保性能可靠。 广泛的产品线:滨松提供范围广泛的APD以满足不同应用的需求,从高速通信到低光检测。这种通用性使滨松APD广受欢迎。 技术专长:滨松拥有强大的技术团队为客户提供全面支持和服务,从产品选择到应用开发。公司在光子学领域的丰富经验是其重要资产。 强大的品牌声誉:滨松以生产高品质光子产品而闻名,其APD广受认可是性能可靠的产品。这种声誉有助于建立客户的信心和信任。 总括来说,由于滨松在品质、可靠性和技术专长上的投入,以及其广泛的产品线和强大的品牌声誉,使其APD广泛应用。第一传感器的雪崩光电二极管为什么也很常见?第一传感器股份公司是雪崩光电二极管(APD)的著名制造商,其产品由于以下原因而被广泛使用于各种应用中:高性能:第一传感器的APD被设计用于提供高速响应、低噪音和高灵敏度等高标准性能,适用于对性能要求严格的应用。 定制化能力:第一传感器可以根据客户的具体需求提供定制化的APD解决方案。该公司提供量身定制产品的能力使其有别于其他APD制造商。 技术专长:第一传感器拥有高素质的工程师和科学家团队,在光子学领域有深厚的专业知识和经验。这可以确保其产品符合客户最严格的要求。 强大伙伴关系:第一传感器与行业中的关键企业建立了牢固的合作伙伴关系,可以为客户提供全面和优质的产品与服务。 综上所述,第一传感器APD之所以受欢迎是因其提供高性能、定制化解决方案、技术专长以及与行业伙伴的紧密合作,这使其产品能够完美满足客户的需求。什么是APD电路?APD电路是用于控制和操作APD的电子电路。APD电路的主要功能是为APD提供所需的高偏压电压,并放大APD的输出信号。该电路通常由几个组成部分组成:偏压电源:APD需要高偏压电压才能工作,电路必须提供此电压。可以通过高压电源或电压乘法器电路来实现。穿越阻抗放大器:APD生成很小的电流信号,需要放大至可用电平。穿越阻抗放大器用于将电流信号转换为电压信号,然后进一步处理。放大器:穿越阻抗放大器产生的电压信号通常很弱,需要进一步放大。根据应用需求,可以使用单级或多级放大器电路。输出阶段:APD电路的最终输出通常是一个电压信号,可以用于进一步的处理,如数据获取或信号分析。此外,根据具体应用需求,APD电路还可以包括其他组件,如滤波器、保护电路和控制电路。APD电路的设计通常是在应用需求与现有组件及技术的约束条件之间做出权衡。【为什么与PIN光电二极管相比,会优先选择雪崩光电二极管?】与PIN光电二极管相比,雪崩光电二极管(APD)在某些应用中受到优先选择,主要有以下优点:更高灵敏度:APD具有比PIN更高的灵敏度,可以检测到更弱的信号。更高增益:APD中的雪崩效应可以提供更高的增益,这对于低光应用更为适合。更高带宽:APD的带宽更高,更适合高速通信应用。更低噪声:APD产生的噪声更低,更适合对低噪声有要求的应用。更好线性:APD的线性更好,更适合需要精确信号测量的应用。更宽工作温度范围:APD可以在更宽的温度范围内工作,更适合需要在恶劣环境下操作的应用。但是,APD也存在一些劣势,例如需要更高偏压电压,集成难度高,且通常价格更高。总体来说,如果应用对灵敏度、增益、带宽、噪声性能及线性有更高要求,则会优先选择APD,但如果考虑成本和功耗则PIN光电二极管可能更适合。

【重点摘要】由国家可再生能源实验室(NREL)的研究团队发表如何从校准实验室的角度来衡量钙钛矿基单片多接面太阳能电池的性能。对钙钛矿多接面太阳能电池进行精确的标准测试条件（STC）测量至关重要，但具有挑战性。提出了优化的测量方法，能够实现精确的性能特征化。标准化、与生产相关的量化协议持续进步是实现商业可行性的关键。【研究背景】钙钛矿多接面太阳能电池（PVSK MJs）在与硅能源电池结合时已经取得了显著的功率转换效率提升，效率超过30％。这些高效率是在标准测试条件（STC）下报告的，以便进行比较。准确的多接面太阳能电池在STC下的性能测量至关重要，但比单接面器件更加复杂，需要进行光谱模拟并限制每个子电池。需要谨慎的方法，因为快捷方式可能导致误导性的效率评级。【研究结果】提出的钙钛矿多接面太阳能电池的优化测量方法能够在标准测试条件下准确地表征电流-电压曲线和效率评级。通过调整模拟光谱和平衡每个子电池的电流，可以避免与快捷方法相比的误导性能评级。正在开发的高通量测量程序展示了减少测试时间一个数量级而不影响准确性。进一步改进加速测试协议并在研究团队间标准化方法可以促进持续的效率提升。在标准条件下准确评估效率仍然对评估新型多接面结构中的损失机制至关重要。【研究方法】准确测量PVSK MJ性能需要具有光谱可调的太阳模拟器来调节照射在器件上的光谱。测量过程包括确定每个子电池的光谱响应，调整模拟器光谱以实现电流匹配，并在STC下测量IV曲线和功率输出。讨论了在无法使用光谱模拟器时的常见错误和准确性评估方法。【结论】准确的标准测试条件（STC）下的钙钛矿基多接面太阳能电池测量需要具有光谱可调的太阳模拟器。优化的定量方法包括确定每个子电池的光谱响应，调整模拟器光谱以实现电流匹配，并在STC下精确测量功率输出。随着钙钛矿子电池的串联太阳能电池快速发展，防止误导性效率评级的需求使准确的标准测试量化变得更加迫切。最近更新的IEC 60904-1-1要求对于多接面测量中使用的模拟器提出了严格的规范，包括可调输出光谱范围为300-1700nm，符合AM1.5G标准，平均光谱不匹配率低于6％（A++等级）。这种最先进的设备克服了以往双源系统的可靠性问题。Enlitech的SS-PST利用创新的单氙弧灯基础的光谱控制，独特地满足这些新一代标准。Enlitech SS-PST在400-1100nm波长范围内的光谱偏差为11.2％，在300-1200nm范围内为13.1％。300-1700nm的输出光谱可以满足AM1.5G光谱的要求，平均光谱不匹配率低于6％（IEC 60904-9：2020）。输出光谱可调。校准设施采用这些先进工具有望有助于保持使用校准设备的各组报告性能值之间的一致性。朝着负担得起且标准化的定量技术取得进展是促进高效率多接面概念转化为具有商业竞争力的光伏产品的重要基础。可靠的准确测量消除了最终制造规模扩大和部署具有超越传统技术效率潜力的钙钛矿串联结构的障碍。Figure S1.左图：随着钙钛矿/Si串联电池顶部钙钛矿结构的辐照变化，VMPP、IMPP和ISC的变化。右图：二接面电池的示意IV曲线及其组成部分结构，其中顶部结构限制了电流。图S2. 左图：双结钙钛矿/钙钛矿电池的光电流-电压曲线。右图：顶部钙钛矿结构的辐照变化与双结钙钛矿/钙钛矿串联电池的VMPP、IMPP和ISC的关系。

【研究背景】钙钛矿太阳能电池是一种具有高效率、稳定性和可扩展性的太阳能电池。然而，由于A位阳离子的分离，导致了组成不均匀的问题，可能对电池的光电性能产生不利影响。在过去的研究中，研究人员尝试使用Cs阳离子来改善钙钛矿太阳能电池的性能，但是Cs阳离子的分离问题引发了人们对电池稳定性的担忧。【关键问题】Cs阳离子在过氧化物薄膜中分离会存在以下几个问题：1.分布不均匀：Cs阳离子倾向于在包晶体薄膜底部聚集和分离，导致阳离子在整个薄膜中分布不均。2.成分不均匀性：Cs阳离子的分离会导致包晶体薄膜内从贫铯到富铯的梯度相分布，从而影响太阳能电池的整体成分和性能。3.晶格失配：Cs和其他阳离子（如甲脒）之间的尺寸差异会造成晶格失配，导致平面外晶格畸变，进一步加剧了包晶体薄膜的不均匀性。4.稳定性问题：Cs阳离子的分离可能会加速含铯包晶石的长期降解并降低其稳定性，这对包晶石太阳能电池的长期性能和耐用性是一个重大问题。总之，Cs阳离子在包晶体薄膜中的分离会导致成分不均匀、晶格畸变和稳定性问题，从而对包晶体太阳能电池的性能和可靠性产生负面影响。【新思路】近日，中国科学院合肥物质科学院固体物理研究所、中国科学院光伏与节能材料重点实验室潘旭研究员、叶加久博士，韩国成均馆大学Nam-Gyu Park，华北电力大学戴松元教授等人研究了钙钛矿薄膜沿垂直方向的面外成分不均匀性，并确定了根本原因和对器件的潜在影响。他们使用 1-(苯基磺酰基)吡咯 (PSP) 来均匀化钙钛矿薄膜中的阳离子成分，由此产生的p-i-n器件获得了25.2%稳态PCE和持久稳定性。           ****【技术优势】通过调整面外阳离子来实现太阳能电池钙钛矿成分的均质化，通过控制钙钛矿结构中阳离子的排列，可以提高钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。这种方法可以有效减少钙钛矿材料中的相分离现象，并提高光电转换效率。此外，该研究还通过实验验证了这种方法的可行性，并提出了加速商业化的前景。【研究内容】▌面外阳离子不均匀性经研究钙钛矿薄膜中甲脒和Cs阳离子之间存在空间垂直相偏析，薄膜内阳离子的分布显着影响钙钛矿太阳能电池的性能，并且作者还可视化了由阳离子不均匀性引起的相分布和结构变化。据观察，Cs阳离子倾向于积聚在钙钛矿薄膜的底部，从而形成富Cs相，这种阳离子不均匀性会导致薄膜内的晶格应变和失配。作者通过使用一种名为 1-(苯磺酰基)吡咯 (PSP) 的添加剂来抑制阳离子偏析并改善晶格排列，经过 PSP 处理的薄膜表现出更好的面外晶格排列并降低了晶格应力。因此，阳离子不均匀性的起源可能与晶体结构的变化有关。总的来说，解决钙钛矿薄膜中面外阳离子的不均匀性对于提高器件性能的具有很大的作用。本研究采用Enlitech SS-F5-3A产品进行量测。▌阳离子不均匀性的起源这部分作者主要讨论的是钙钛矿薄膜中阳离子不均匀性的起源。作者通过引入PSP的有机分子解决了钙钛矿内阳离子不均匀性的问题，特别是对于含 FA-Cs 的钙钛矿。PSP 的添加导致钙钛矿薄膜内的阳离子分布均匀。作者通过观察ToF-SIMS和深度相关 X 射线光电子能谱 (XPS) 的结果，发现这这些结果提供了钙钛矿薄膜内面外阳离子不均匀性的证据，PSP分子在薄膜底部的积累。总的来说， PSP 的加入有助于减轻钙钛矿薄膜中的阳离子不均匀性。图2 揭示 FA-Cs 相分离的起源▌光电特性作者进行了各种实验来评估 PSP 处理对钙钛矿薄膜性能的影响。他们首先分析了经过和未经 PSP 处理的钙钛矿薄膜的PL光谱。结果表明，与未处理的薄膜相比，经过 PSP 处理的薄膜表现出更强的PL强度。TR-PL 测量表明，PSP 处理导致钙钛矿薄膜中载流子寿命更长，这说明载流子复合动力学得到改善。为了进一步了解 PSP 处理对钙钛矿薄膜的影响，作者进行了DFT计算，计算表明，PSP 处理降低了钙钛矿薄膜中各种类型缺陷的形成能，薄膜质量得到改善。此外，作者还研究了钙钛矿薄膜内的能带排列，他们从深度剖面紫外光电子能谱中提取了导带最小值（CBM）、价带最大值（VBM）和费米能级（EF）的值。分析表明，PSP 处理产生了更有利的能带排列，这可以增强钙钛矿薄膜中的电荷传输和提取。总体而言，光电表征表明，PSP 处理改善了钙钛矿薄膜的光学和电子性能，从而提高了钙钛矿太阳能电池的性能。图3 光电特性▌设备性能与器件性能相关的内容讨论了钙钛矿太阳能电池的制造和评估。这些器件采用不同的配置制造，例如 p-i-n 和 n-i-p。制造过程涉及各个层的沉积，包括 C60、BCP、Ag、SnO2 和空穴传输材料 (HTM)。这些器件在功率转换效率 (PCE)、外部 LED 量子效率 (EQEEL) 和可靠性方面的性能进行了评估。结果表明，与参考器件相比，用 1-(苯磺酰基)吡咯 (PSP) 作为添加剂处理的器件表现出更好的性能。冠军器件的 PCE 为 26.1%（经认证的反向 PCE 为 25.8%，经认证的稳态 PCE 为 25.2%）。该器件还表现出增强的 FF 和改进的载流子提取。经过 2,500 小时的连续跟踪后，未封装的 PSP 处理器件保留了 92% 的初始 PCE，而参考器件在相同条件下下降至 80% 左右。湿热可靠性测试也证明了经过 PSP 处理的器件的卓越性能。总体而言，该内容强调了器件制造技术以及使用 PSP 等添加剂在提高钙钛矿太阳能电池性能和可靠性方面的重要性。图4 设备性能稳定【总结展望】总的来说，中国科学院合肥物质科学院固体物理研究所、中国科学院光伏与节能材料重点实验室潘旭研究员、叶加久博士、韩国成均馆大学Nam-Gyu Park、华北电力大学戴松元教授等人可视化了钙钛矿薄膜沿垂直方向的空间不均匀相分布，并提出器件性能受到面外成分不均匀性的限制。此外，还发现 A 位组分之间的不平衡结晶和相变过程对 FA-Cs 相分离有显着影响。作者通过采用 1(苯磺酰基)吡咯 (PSP) 作为添加剂来延缓 FAC 钙钛矿的阳离子偏析行为。经过 PSP 处理的 p-i-n 结构器件产生了 26.1% 的 PCE（经认证的反向 PCE 为 25.8%，经认证的稳态 PCE 为 25.2%）。

【重点摘要】分析:指利用数学推导进行的分析相机噪声:指数字相机中的各种噪声数字全息图: 指利用数字全息技术获取的全息图重建:从数字全息图重建出的三维图像影响:相机噪声对重建图像质量的影响一、数字全息技术现有局限数字全息术能记录和重构三维物体与场景的信息。目前技术中与重构图像质量相关的多项局限仍然存在,包括斑点噪声、双像、零级序、光照噪声、固定模式噪声、动态范围与量化噪声等,这些决定了数字全息图与后续重构图像的最大可行信噪比。光照波动会引入重构图像噪声,从而制约了全息技术在三维检测与光学加密等领域的应用。二、研究照相机噪声对全息图的影响本研究检查了数字照相机固有噪声对全息图重构的影响。通过数学推导获得重构幅度图像信噪比评估方程,关联了多项参数:各类噪声、照相机动态范围、量化噪声与目标光/参考光强度比例,以及目标面积与整体重构视场的比例。三、验证方程准确性使用散射物体的数字全息图,以及各类型CCD与CMOS照相机,开展实验验证上述方程的精确性。照相机包括单反相机、科研相机、工业相机与监控相机。同时评估了照相机噪声对相位图像重构的影响。四、实际应用价值得到的方程可预先评估照相机噪声对重构图像质量的影响,从而指导选择合适的光照、曝光时间、目标大小等实验参数,来减少全息图噪声,提高全息技术在三维检测与光学加密等领域中的效果。

【要点摘要】本篇研究由 云南师范大学 A. Aierken 等人发表。IMM三接面电池显示出与标准LM电池相当的辐射硬度IMM电池在辐照后保持更好的电流匹配，这要归功于辐射抗性的InGaAs底部子电池具有高效率和辐射耐受性的IMM电池对于轻量、灵活的高功率太空太阳能阵列具有潜力【背景】格点匹配（LM）GaInP/GaAs/Ge三接面太阳能电池因其高达30%的转换效率和优秀的辐射抗性而被广泛应用于太空能源系统。然而，子电池间的电流不匹配限制了进一步的效率提高。使用GaInP/GaAs/InGaAs的倒置变形（IMM）三接面电池通过调节InGaAs底部电池的能隙，同时通过倒置生长过程减少缺陷，实现了更高的效率。在1太阳下，IMM电池的效率超过30%，在集中时可达到40%以上。此外，倒置基板去除的IMM结构使得太阳能电池具有灵活和轻量的特性。尽管已展示出很高的初始效率，IMM三接面电池在广泛应用于太空之前，其辐射降解特性需要与传统的LM设计进行更好的理解。本研究旨在分析1MeV电子和10MeV质子辐照对IMM三接面太阳能电池的影响。【结果】电性能降级在3.16x10^10 MeV/g的剂量后，IMM电池的剩余Pmax分别为0.86（e-）和0.73（p+），而LM电池则分别为0.85（e-）和0.75（p+）对于IMM电池，Isc的降解较小，而Voc的降解相似暗I-V曲线显示质子辐照时反向饱和电流的增加较大与先前报告的数值相比，两种电池均表现出良好的辐射硬度光谱性能和子电池分析对于IMM电池，EQE主要在GaAs和InGaAs子电池中发生降解，而对于LM电池主要在GaAs子电池中发生在辐照前，GaInP限制了IMM电池的电流，但在辐照后，InGaAs成为了限制因素对于LM电池，在辐照前后，GaAs始终是限制性子电池这表明IMM电池在辐照损伤后能够更好地保持电流匹配损伤系数和建模获得的相对电子与质子损伤系数分别为IMM电池的3.11和LM电池的2.78计算了扩散长度损伤系数，显示了InGaAs子电池的降解较大，符合预期整体降解行为与基于位移损伤剂量建模的预测相符【方法】制作了IMM和LM GaInP/GaAs/InGaAs和GaInP/InGaAs/Ge三接面太阳能电池。对电池进行了1MeV电子和10MeV质子的辐照，通量从1x10^14到1x10^15 e/cm2和等效位移损伤剂量。测量了辐照前后的电压-电流（I-V）曲线，以确定Isc、Voc和Pmax等电性参数的变化。测量外量子效率（EQE）以分析个别子电池的光谱响应和电流密度（Jsc）变化。【结论】本研究表明，IMM GaInP/GaAs/InGaAs三接触太阳能电池展示出出色的辐射抗性，与传统的LM GaInP/InGaAs/Ge电池相当。在高通量电子和质子辐照后，IMM电池显示出超过73%的最大功率保留因子。详细分析表明，尽管初始降解较高，变形的InGaAs底部电池提供了在末期条件下维持电流匹配所需的优越韧性。所获得的相对损伤系数使得能够对各种粒子进行标准评估。拥有非常高的初始效率和有前景的辐射耐久性，IMM三接触电池对于灵活、轻量级的阵列设计在未来太空任务中满足不断增长的功率需求具有吸引力。进一步提升缓冲层质量可能会提高IMM电池的辐射硬度。准确评估辐射耐久性和性能需要模拟严苛的地外AM0光谱。为此，符合ASTM E927标准的太阳模拟器，如Enlitech的SS-ZXR可提供关键功能，包括1366 W/m2强度下2%均匀性的标准AM0光谱。氙弧灯光源紧密逼近太阳的5500K分布。此外，先进的沉积AM0滤光片技术确保高光谱准确性，可靠评估太空电池在其寿命期间推进效率边界。像SS-ZXR这样的专用仪器将进一步改善容忍度测试和特性化测试。Fig. 3.（a）IMM太阳能电池和（b）LM太阳能电池在1 MeV电子和10 MeV质子照射下I-V特性的降解。 （DDD = 3.16 × 1010 MeV/g）。Fig. 7. IMM和LM太阳能电池EQE光谱在辐照下的降解

【重点摘要】硅光电二极管的刚性结构给大面积低成本扩展带来困难,限制了它在一些新兴应用中的使用。通过详细的表征方法,揭示了基于聚合物体异质结的有机光电二极管中,收集电荷的电极对低频噪声的影响。经过优化的有机光电二极管在可见光范围内的各项指标(响应时间除外)可媲美低噪声硅光电二极管。溶液处理制备的有机光电二极管提供了一些设计机会,例如用于生物识别监测的大面积柔性环形有机光电二极管,其性能可达到硅器件的水平。【硅光电二极管的局限性】 数十年来,硅光电二极管一直是光检测技术的基石,但它们的结构刚性给大面积低成本扩展应用带来许多局限。这给新兴的光电检测应用带来挑战。为实现更大面积的光电检测以及柔性基片上低成本光电二极管的制作,我们需要寻找新的材料体系。【有机光电二极管的低频噪声特性】 有机光电二极管常基于聚合物制成,具有结构灵活性等优势。研究人员通过详细的表征方法学,考察了这类二极管低频电子噪声的来源,发现负责收集电荷的电极对低频噪声有重要影响。这为设计低噪声的有机光电二极管奠定了基础。【有机光电二极管的指标表现】 经过优化设计后,有机光电二极管的大多数指标已可达到商用硅光电二极管的水平,特别是在可见光范围内。例如响应度、灵敏度、线性度、功耗等。它们的响应时间仍比不上硅二极管,但对大多数视频速率的应用已经足够。【应用展望】 溶解性的有机光电二极管制造过程为它们带来了许多应用机会。例如,大面积柔性的环形有机光二极管可用于生物识别监测。此类二极管成本低,可在多种非平面基片上制作,性能已达商用硅器件的水平。它们有望在新兴的光电子学领域大放异彩。图1 硅光电二极管(SiPD)与有机光电二极管(OPD)性能比较(A) OPD 尺寸结构。(B)测量所得光谱响应度。EQE,外量子效率。(C) 测量所得光照度依赖的光电流和响应度。LDR,线性动态范围。(D) 测量所得均方根噪声电流、噪声当量功率 (NEP)和特定探测度统计框图(_N_代表数据点数量)。Max,最大值;Min,最小值。图2 SiPD 和 OPD 中的稳态暗电流密度和电子噪声特性(A) 电压依赖的暗电流密度。Exp.,实验值。(B) 反向偏置下,建模和测量所得均方根噪声电流比较。图3 SiPD 和 OPD 中的时域响应特性(A) 负载电阻依赖的 10-90% 上升和下降响应时间。(B) 525 nm处频率依赖的归一化响应度。图4 弯曲 OPD(Flex-OPD)及其在光电容积图(PPG)中的应用(A) Flex-OPD 器件几何结构。PES,聚醚砜。(B) 小面积、大面积 Flex-OPD 和大面积 OPD 中的均方根噪声电流、响应度、NEP 和特定探测度统计框图。(C) S1133 SiPD 和环形 Flex-OPD PPG 阵列原理图(上);手指反射模式 PPG 信号的 SiPD 和不同功率红色 LED驱动的环形 Flex-OPD PPG 阵列比较(下)。

噪声等效功率介绍噪声等效功率(NEP)是一个 instrumental(工具性的)指标，用于量化各个领域的检测器灵敏度和噪音源的影响，如光学、电机、热力学等。它代表产生单位信噪比的等效输入杂讯功率。它代表在探测器输出产生信噪比（SNR）为1的等效输入噪声功率。然而，多年来在各领域的广泛应用导致文献中对NEP存在多种模糊的解释。 本文旨在通过追踪噪声信号在探测器不同内部阶段的起源和传播，提供对NEP物理意义和数学推导的统一观点。NEP的正式定义基本上，噪声源于探测器测量的数量中的随机波动。因此，基于统计信号处理的随机框架是必要的，用于表征这种随机过程。对于具有达到达标功率变化的静止过程，功率谱密度（Sxx(f)）代表了随着频率变化的均方波动。将 x 值连结到系统中实际耗散功率的功能，被称为系统对测量属性的敏感度（或功率响应）。NEP被定义为：其中，功率响应指的是探测器灵敏度，即单位输入过程波动幅度的功率耗散。这个通用定义导致了两个不同的物理解释：电NEP：实际测量到的探测器输出端的噪声功率光NEP：探测器输入端的等效噪声功率光子噪声NEP分析本文特别聚焦于光探测器中光子杂讯NEP的量子力学处理。光子检测通过考虑双重波粒性 - 光子数统计和电磁模式分析进行建模。纳入的关键因素包括：探测器面积、光子波长分布光学波的空间和时间相干性特定偏振的损耗和效率光学传输/吸收效率通过跟踪光子数波动通过多次光束分裂和衰减阶段，本文推导了一个以可测物理参数为基础的光子NEP的广义公式。在假设探测器大小、绕射极限、相干光束因子等条件下，可以得到现有文献中引用的简化表达式作为特殊情况。等效噪声指标对于通信接收系统和光学/无线电天文仪器，关键系统灵敏度以等效输入噪声指标来表征：噪声等效通量密度（NEFD）噪声等效温度（NET）通过适当转换通量、功率和温度的单位，可以将这些指标与NEP指标进行数学关联。总结总之，本文通过有系统地追踪信号和噪声在探测器不同阶段的传播，提供了对NEP各种解释的统一观点。在这个过程中，建立了许多特定领域NEP变体之间的数学关系，同时阐明了微妙的假设。这澄清了灵敏度定义并为比较光学、电学和热学系统提供了一个基准。

【重点摘要】太空辐射会对太阳能电池造成损伤,限制了卫星的能力和寿命。要减轻这种损伤,需要研究辐射对太阳能电池的退化机制。高能粒子与原子核的相互作用会导致位移损伤和晶体缺陷。这些缺陷会成为载流子复合中心,极大影响少数载流子的生命周期,从而影响太阳能电池的电性能。少数载流子的生命周期对辐射缺陷极为敏感,随着缺陷浓度的降低而增加。热退火可以恢复半导体材料中的缺陷。该论文用150 keV质子辐照 GaAs/Ge 太阳电池,然后在120°C下进行退火。结果发现随着辐射通量的增加,退火后缺陷恢复的比例降低。少数载流子的生命周期随着缺陷浓度的降低而增加,这意味着太阳能电池的电性能有所改善。通过数值模拟计算了缺陷浓度和少数载流子的生命周期,并用实验结果建立了一个改进的退火动力学方程。太空辐射如何降低太阳能电池效率?太空辐射造成的损伤会限制卫星的使用寿命。近年来,科学家投入大量研究以了解辐射如何降低太阳能电池的效率。高能质子与太阳能电池材料的原子核发生碰撞,会导致位移损伤和点缺陷。这些点缺陷成为载流子复合中心,加速正电洞与电子的再结合,缩短少数载流子的生命周期,最终降低太阳能电池的开路电压与短路电流。因此,理解辐射损伤机制,开发更稳定的太阳能电池材料对于提高卫星任务寿命至关重要。热退火可部分恢复辐射损伤由于太空任务的温度条件往往高达100°C以上,科学家发现这种高温可促进辐射损伤的恢复。使用150keV质子辐照GaAs/Ge太阳电池,再在120°C下进行退火。结果显示,随着辐射流量增加,退火后仍存留较多未恢复缺陷;而少数载流子生命周期的延长则显示太阳电池效率有所提升。这为研发高温太阳能电池提供了依据。改进退火动力模型预测太阳能电池性能基于实验数据,该研究团队建立了一个改进的退火动力学模型,可预测不同辐射损伤条件下的缺陷浓度。他们用此模型模拟了短路电流在退火过程中的变化情况,结果与实验数据吻合得很好。这为预测太空任务中太阳能电池损伤和效能衰减提供了基础。Enlitech SS-ZXR AM0 A级稳态标准太阳光模拟器确实可通过其设计实现功能应用于三五族太阳能电池的测试:IV曲线测试光谱响应测试温度系数测试高能粒子辐照退火效应研究主要原因有:SS-ZXR提供精确、稳定的光强度输出,满足IV测试要求光源模块可以控制光谱参数,可进行光谱响应测试提供温度控制平台,可控制待测太阳能电池温度光源强度和稳定度足以用于辐照后的电池退火和性能评估实验所以SS-ZXR的各项功能和性能指标都完全匹配三五族太阳能电池不同测试和表征实验的要求,是一款非常适合的太阳光模拟光源产品。图2 150 keV质子辐照GaAs/Ge太阳电池的I-V特征曲线图3 150 keV质子辐照GaAs太阳电池的电性能和EQE:(a) VOC、JSC 和 Pmax 的退化;(b) EQE

【探讨单光子雪崩二极管与雪崩光电二极管的差异】 单光子雪崩二极管(SPAD)和雪崩光电二极管(APD)都是能够将光信号转化为电信号的光检测器，但两者之间仍存在一些细微差异：工作原理：SPAD被设计用来检测单个光子;相比之下,APD的目的是检测和测量广范围的光强度信号。灵敏度：SPAD的灵敏度高于APD，可以精确检测单个光子;APD灵敏度较低,用于检测和测量不同光强度的光信号。线性度：SPAD输出电信号与入射光强度之间的线性关系,通常不如APD理想。应用：SPAD常用于需要高灵敏度和单光子检测的场合,如量子密钥分发、光达和传感;APD常用于需要检测和测量广范围光强度的场合,如光通信、医学成像和军事应用。 总结来说,SPAD和APD的主要差异在于灵敏度和所检测的光信号类型。SPAD灵敏度高,检测单个光子;APD 灵敏度较低,检测广范围的光强度。【为什么 APD 需要更高的偏压电压？】雪崩光电二极管(APD)需要相对较高的偏压电压才能正常工作。高偏压对于在APD内部产生足够强大的电场以驱动载流子(电子和空穴)发生雪崩倍增至关重要。 当APD吸收入射光子时,会生成一对电子空穴。强大的电场使电子和空穴朝相反方向移动并与其他载流子碰撞。这些碰撞会触发链式反应,即雪崩倍增,产生更多载流子。载流子数目的增加会提升APD的电流,使其能够检测和测量不同的光强度。决定APD所需偏压电压强度的因素有几项,包括材料成分、掺杂度、大小和几何形状。通常,较大的APD,掺杂度越高,所需的偏压越高,以产生进行雪崩倍增所需的电场。总之,高偏压对于APD的正常工作至关重要,因为它可产生驱动载流子发生雪崩倍增的电场,使APD能够检测和测量广范围的光强度。【APD中的雪崩效应是什么？】 当入射光子被APD吸收时,会生成一对电子空穴,此时便会在雪崩光电二极管(APD)中发生雪崩效应。雪崩效应是APD正常工作的关键,使其能够检测和测量不同的光强度。雪崩效应的产生依赖于APD内形成足够强大的电场以驱动载流子发生雪崩倍增。在强大的电场作用下,电子和空穴相互碰撞。这些碰撞会触发更多载流子生成的链式反应,即雪崩倍增。 载流子数目的增加会提高APD的电流,使其能够检测和测量不同的光强度。雪崩效应的大小与APD内部电场强度和材料的掺杂度成正比。电场越强、掺杂度越高会导致载流子倍增越多,使APD的增益越高。总的来说,雪崩效应是APD重要的工作机制,它依赖于电场驱动载流子发生雪崩倍增,使APD具有检测广范围光强度的能力。