太阳能电池测试仪原理

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  • 太阳能电池检测/测试 400-628-5299
    太阳能电池量子效率测试系统——SolarCellScan100系列系统功能系统可以实现测试太阳电池的：光谱响应度、外量子效率、内量子效率、反射率、透射率、短路电流密度、量子效率Mapping、反射率Mapping。系统适用范围1、适用于各种材料的太阳电池包括：单晶硅Si、多晶硅mc-Si、非晶硅α-Si、砷化镓GaAs、镓铟磷GaInP、磷化铟InP、锗Ge、碲化镉CdTe、铜铟硒CIS、铜铟镓硒CIGS、染料敏化DSSC、有机太阳电池Organic Solar Cell、聚合物太阳电池Polymer Solar Cell 等2、适用于多种结构的太阳电池包括：单结Single junction、多结multi junction、异质结HIT、薄膜thin film、高聚光HPV 等不同材料或不同结构的太阳电池，在测试过程中会有细节上的差异。比如说：有机太阳电池的测试范围主要集中在可见光波段，而GaAs 太阳电池的测试范围则很可能扩展到红外1.4um 甚至更长波段；单晶硅电池通常需要测内量子效率，而染料敏化太阳电池通常只需要测外量子效率；有机太阳电池测试通常不需要加偏置光，而多结非晶硅薄膜电池则需要加偏置光……SolarCellScan100 通过主机与各种附件的搭配，可以实现几乎所有种类电池的测试。这种模块化搭配的方式，适合科研用户建立测试平台。 选型列表：型号名称和说明主机SCS1011太阳能电池量子效率测量系统，含直流、交流测量模式，氙灯光源SCS1012太阳能电池量子效率测量系统，含直流测量模式，氙灯光源SCS1013太阳能电池量子效率测量系统，含直流、交流测量模式，溴钨灯光源SCS1014太阳能电池量子效率测量系统，含直流测量模式，溴钨灯光源SCS1015太阳能电池量子效率测量系统，含直流、交流测量模式，氙灯溴钨灯双光源SCS1016太阳能电池量子效率测量系统，含直流测量模式，氙灯溴钨灯双光源附件QE-A1偏置光附件，150W氙灯QE-A2偏置光附件，50W溴钨灯QE-B1标准太阳电池（单晶硅）QE-B1-SP标准太阳电池QE-B2标准铟镓砷探测器(800-1700nm，含标定证书）QE-B3标准硅探测器(300-1100nm，含标定证书)QE-B4标准铟镓砷探测器(800-2500nm，含标定证书）QE-B7透过率测试附件(300-1100nm)QE-B8透过率测试附件(800-1700nm)QE-BVS偏置电压源（±10V可调）QE-C2漫反射率测试附件（300-1700nm）QE-C7标准漫反射板QE-D1二维电动调整台QE-D2手动三维调整台QE-IV-Convertor短路电流放大器专用机型介绍系统功能部分太阳能应用方向的研究人员需要测量量子效率，但本身却不是光电测量方面的行家，卓立汉光在测量平台SolarCellScan100的基础上，进一步开发出以下几套极具针对性的专用机型配置，方便客户使用。以下的专用配置也适合产业化的工业客户使用。1、通用型太阳电池QE测试系统SCS100-Std系统特点符合IEC60904-8国际标准；测量结果高重复性；内外量子效率测量功能；快速导入参数功能；适用于科研级别小样品测试适用范围： 晶体硅电池、非晶硅薄膜电池、染料敏化电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池等； 光谱范围： 300~1100nm； 电池结构： 单结太阳电池； 可测参数： 光谱响应度、外量子效率、内量子效率、反射率、短路电流密度； 可测样品面积： 30mm×30mm 2.通用型太阳电池QE测试系统SCS100-Exp系统特点符合IEC60904-8国际标准；测量结果高重复性；高度自动化测量；双光源设计；红外光谱范围扩展；薄膜透过率测试功能；小面积、大面积样品测试均适用；适用范围： 晶体硅电池、非晶硅薄膜电池、染料敏化电池、有机薄膜电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、三结砷化镓GaAs电池、非晶/微晶薄膜电池等； 光谱范围： 300~1700nm； 电池结构： 单结、多结太阳电池； 可测参数： 光谱响应度、外量子效率、内量子效率、反射率、透射率、短路电流密度； 可测样品面积： 156mm×156mm以下 3.晶体硅太阳电池测试专用系统 SCS100-Silicon系统特点集成一体化turnkey系统晶体硅电池测试专用内外量子效率测试快速Mapping扫描功能快速高效售后服务适用范围： 单晶硅电池、多晶硅电池 光谱范围： 300~1100nm 电池结构： 单结太阳电池 可测参数： 光谱响应度、外量子效率、反射率、内量子效率、短路电流密度、*量子效率Mapping、*反射率mapping 可测样品面积： 156mm×156mm 4.薄膜太阳电池QE测试专用系统 SCS100-Film系统特点集成一体化turnkey系统；大面积薄膜电池测试专用；超大样品室，光纤传导；背面电极快速连接；反射率、内外量子效率同步测试；快速高效售后服务。适用范围： 非晶硅薄膜电池、CIGS薄膜电池、CdTe薄膜电池、非晶/微晶双结薄膜电池、非晶/微晶/微晶锗硅三结薄膜电池等； 光谱范围： 300~1700nm ； 电池结构： 单结、多结太阳电池； 可测参数： 光谱响应度、外量子效率、反射率、透射率、内量子效率、短路电流密度； 可测样品面积： 300mm×300mm 5.光电化学太阳电池测试专用系统 SCS100-PEC系统特点光电化学类太阳电池专用配置方案；直流测量模式；低杂散光暗箱；电解池样品测试附件；经济型价格适用范围： 染料敏化太阳电池； 光谱范围： 300~1100nm； 电池结构： 光电化学相关的纳米晶太阳电池； 可测参数： IPCE； 可测样品面积： 50mm×50mm
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    厂商： 北京卓立汉光仪器有限公司
    品牌： 卓立汉光/ZOLIX
    型号： SolarCellScan100
    价格： 面议
  • SolarIV系列太阳能电池伏安特性测试系统 400-628-5299
    SolarIV系列太阳能电池伏安特性测试系统在太阳能光伏器件的所有特性表征手段中，I-V 特性测试无疑是最直观、最有效、最被广泛应用的一种方式。通过测量I-V 特性曲线，并进一步进行数据处理与分析，可以直接交接到光伏器件的主要物理性能，包括光电转换效率、短路电流、开路电压和填充因子等。这些数据可以为光伏器件的研究、质检以及应用提供可靠的依据。卓立汉光提供高性价比的I-V 特性测试系统，并提供最完善、最专业的技术支持。 SolarIV系列太阳能电池伏安特性测试系统主要功能: 测量太阳能电池在光照条件和暗场条件下的I-V曲线 测量太阳能电池短路电流、短路电流密度、开路电压、*大功率、*大功率电流、*大功率电压、填充因子、光电转换效率 可实现正反向调速扫描与暗电流扣除功能 标准太阳电池校准功能SolarIV系列太阳能电池伏安特性测试系统主要特点: 完整I-V特性测试和数据处理分析的解决方案 多种太阳模拟器选型，满足不同测试需求 可更换照射方向，适配多种测试环境 使用高精度数字源表，提供精确测量结果 测试方法符合IEC国际标准 最小化探针阴影，提高测量精度 温度控制功能，符合IEC标准测试条件 真空吸附功能，样品固定更为方便 图形化界面，软件操作更加方便 支持ASCII、Excel、XML等多种格式数据导出 报表打印功能，自动生成完整测试报告SolarIV系列太阳能电池伏安特性测试系统选型规格与附件1.系统选型表系统名称系统说明SolarIV-150A 150W AAA太阳能电池I-V特性测试系统150W AAA级太阳光模拟器、Keithley 2400数字源表（IV-2400） 伏安特性测试专用分析软件（IV-Software） 标准太阳电池（QE-B1）、样品台（IV-F2） SolarIV-150 150W ABA太阳能电池I-V特性测试系统 150W AAA级太阳光模拟器、Keithley 2400数字源表（IV-2400） 伏安特性测试专用分析软件（IV-Software） 标准太阳电池（QE-B1）、样品台（IV-F2） SolarIV-500A 500W AAA太阳能电池I-V特性测试系统500W AAA级太阳光模拟器、Keithley 2400数字源表（IV-2400） 伏安特性测试专用分析软件（IV-Software） 标准太阳电池（QE-B1）、样品台（IV-F2） SolarIV-500 500W ABA太阳能电池I-V特性测试系统500W ABA级太阳光模拟器、Keithley 2400数字源表（IV-2400） 伏安特性测试专用分析软件（IV-Software） 标准太阳电池（QE-B1）、样品台（IV-F2） SolarIV-1000A 1000W AAA太阳能电池I-V特性测试系统1000W AAA级太阳光模拟器、Keithley 2400数字源表（IV-2400） 伏安特性测试专用分析软件（IV-Software） 标准太阳电池（QE-B1）、样品台（IV-F2） SolarIV-1000 1000W ABA太阳能电池I-V特性测试系统1000W ABA级太阳光模拟器Keithley 2400数字源表（IV-2400） 伏安特性测试专用分析软件（IV-Software） 标准太阳电池（QE-B1）、样品台（IV-F2）2.系统规格系统名称辐照面积（mm） *大辐照度（W/m2） 电流量程（A） 电压量程（V） 光谱匹配度不均匀度（%） 不稳定度（%） SolarIV-150A 40×40 1200 0-1A 0-20V AM 1.5G A级匹配2% A级2% A级SolarIV-150 50×50 1200 0-1A 0-20V AM 1.5G A级匹配5% B级2% A级SolarIV-500A 75×75 1200 0-1A 0-20V AM 1.5G A级匹配2% A级2% A级SolarIV-500 100×100 1200 0-1A 0-20V AM 1.5G A级匹配5% B级2% A级SolarIV-1000A 100×100 1200 0-1A 0-20V AM 1.5G A级匹配2% A级2% A级SolarIV-1000 156×156 1200 0-1A 0-20V AM 1.5G A级匹配5% B级2% A级 2.系统型号型号说明Sirius-SS150A 150W AAA级太阳模拟器，40mm×40mm有效辐照面积，向上出光Sirius-SS150 150W ABA级太阳模拟器，50mm×50mm有效辐照面积，向上出光Sirius-SS150A-D 150W AAA级太阳模拟器，40mm×40mm有效辐照面积，向下出光Sirius-SS150-D 150W ABA级太阳模拟器，50mm×50mm有效辐照面积，向下出光Sirius-SS150A-L 150W AAA级太阳模拟器，40mm×40mm有效辐照面积，向左出光Sirius-SS150-L 150W ABA级太阳模拟器，50mm×50mm有效辐照面积，向左出光Sirius-SS500A 500W AAA级太阳模拟器，75mm×75mm有效辐照面积Sirius-SS500 500W ABA级太阳模拟器，100mm×100mm有效辐照面积Sirius-SS1000A 1000W AAA级太阳模拟器，100mm×100mm有效辐照面积Sirius-SS1000 1000W ABA级太阳模拟器，156mm×156mm有效辐照面积IV-2400 Keithley 2400数字源表，电流测量量程0-1A，电压输出范围0-20V IV-2440 Keithley 2440数字源表，电流测量量程0-5A，电压输出范围0-40V IV-Software 伏安特性测试专用分析软件QE-B1 标准太阳电池，包含中国计量科院研究院标定证书QE-G5 AM 1.5G太阳光谱校正滤光片
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    厂商： 北京卓立汉光仪器有限公司
    品牌： 卓立汉光/ZOLIX
    型号： SolarIV系列
    价格： 10万 - 50万元
  • 太阳能电池量子效率测试系统SCS100系列 400-628-5299
    太阳能电池量子效率测试系统功能 适用电池：全系列太阳能电池 光谱范围：300-1100nm，可扩展至1700nm 可测量参数：光谱响应度、外量子效率、光子电子转换效率、内量子效率、反射率、透射率、积分短路电流密度、光束诱导电流、量子效率制图、反射率制图、光束诱导电流制图 可测样品尺寸：156mmX156mm 可测样品模式：交、直流测试法、交、直流偏置光测试法 太阳能电池量子效率测试系统特点 1. 全光谱太阳光模拟，双光源切换可选，高光强稳定性 系统采用符合最新IEC60904 标准的双光源配置，采用氙灯和溴钨灯来覆盖太阳光谱的整个范围。无论是氙灯还是溴钨灯，都可以提供超高的光强稳定性，从而保证系统测试结果的高重复性。当不同的波段光谱测量时，选择合适的光源波长与相匹配的标准探测器，可以最大限度的优化太阳能电池量子效率的测试结果。 1000s 的持续光强测试与局部放大图测试光源：氙灯或溴钨灯 测试时间：1000s 光源时间不稳定度：0.8% 2. 高重复性测试结果系统从光源的稳定性、单色仪的波长准确性与重复性、特有的光路设计、样品的加持、数据的采集方式上确保测试结果的高重复性。 5 次每次间隔1 小时的测试结果与全波段重复性测试 3. 窗口化软件设计 在系统软件设计中，将实用的仪器控制部分汇总到一个界面，将实用的仪器参数设置部分汇总到另一个界面，从而最大限度的将控制操作简化，实现一键运行。 仪器参数设置可以按照不同样品的测试需求保存为独立的配置文件并导出，从而实现快速还原与测试的功能，随时调出原有保留的参数设置。同样配置的不同系统之间也可以统一相互调用。系统软件可以准确得到理论积分电流密度值，并按照需求保存原始数据，支持ASCII、Excel、XML 等多种格式数据导出。以便使用主流数据处理软件调用，方便后续数据处理与分析。 4. 快速Mapping功能快速Mapping 功能包括：1）量子效率Mapping 功能2）反射率Mapping 功能3）光束诱导电流（LBIC）功能该功能针对100mmX100mm 以上的较大面积的成品太阳能电池片，用户可以从Mapping 功能获得的数据中得到关于电池片的少子扩散情况、电池片缺陷分布等信息。缺陷分布等信息 上图显示6 寸单晶硅电池IQE mapping，样品右上角IQE 数值明显低于其他区域，因为那里有肉眼无法直接观察到的缺陷上图显示单晶硅电池的反射率mapping，均匀度明显不好，这显示出酸洗过程中酸液有残留，影响了整个电池的反射率均匀性 上述Mapping 数据是在同一个电池片上用400nm、650nm 和950nm 三个波长做QE(LBIC) 扫描得到的。650nm 和950nm 的扫描数据显示电池具有良好的均匀性，但400nm 扫描数据上，我们发现电池边缘有不均匀区域。 不同的测试波长对样品的穿透深度不同。蓝光波长短，穿透深度浅，因此很容易将样品制备过程中产生的表面裂痕等问题反映出来； 近红外光波长相对较长，穿透深度更深，更加适用于扩散长度的计算，从而能反映样品材料内部的缺陷等问题。
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    厂商： 北京卓立汉光仪器有限公司
    品牌： 卓立汉光/ZOLIX
    型号： SCS100系列
    价格： 10万 - 50万元
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  • 太阳能电池全套测试系统

    太阳能电池（光电材料）I-V特性测试系统 目前，石油、天然气等不可再生能源价格的居高不下，使得人类对太阳能电池（光电材料）的研究开发进入了一个新的阶段，国内很多实验室和科研院校也都加紧了对太阳能电池材料（光电材料）的研究和开发。 太阳能电池（光电材料）测试作为太阳能电池（光电材料）研究开发的一个环节，至关重要，需要专业的测试系统来完成。针对当前人们对太阳能电池材料（光电材料）的研究和开发，以及太阳能电池（光电材料）研究人员搭建太阳能电池（光电材料）测试系统的耗时耗力，我公司特推出太阳能电池（光电材料）测试系统，并已在很多太阳能电池材料（光电材料）研究、测试实验室广泛使用。 一、我公司太阳能电池（光电材料）测试系统的优势： 1. 技术服务全面 我公司始终把客户需求摆在首要位置，针对客户特殊需求量身定做，为客户提供全套解决方案，终身提供技术服务，为客户节省了搭建太阳能电池（光电材料）测试系统所消耗的时间和人力物力，同时也得到了客户的一致好评。 2. 针对性强 凭借雄厚的光电技术知识和行业经验，针对不同类型的太阳能电池（光电材料）以及客户对测试系统的不同需求，我公司对太阳能电池（光电材料）测试系统也做出了相应的调整，以达到较好的测试效果。目前，针对硅太阳能电池、多元化合物为材料的太阳能电池、功能高分子材料制备的大阳能电池、纳米晶太阳能电池等不同的太阳能电池，我公司也都搭建了不同的测试系统。 3. 性价比高 我公司太阳能电池（光电材料）测试系统采用国外知名公司仪器集成，信噪比高，性能稳定，技术先进，对太阳能电池（光电材料）的测试过程实现自动化，过程简单方便，测试结果在行业内也会具有一定的权威性和说服力。同时，我公司推出的整套太阳能电池（光电材料）测试系统具有很高的性价比。 4. 成熟的太阳能电池（光电材料）测试系统 凭借测试系统的高性价比以及全面的技术服务，我公司太阳能电池（光电材料）测试系统已在国内很多单位的实验室投入使用，包括清华大学等知名大学、国家权威的太阳能计量单位、中国科学院等研究机构以及众多的太阳能相关企业，经过大量客户对我公司太阳能电池（光电材料）测试系统的使用，证明了我公司的太阳能电池（光电材料）测试系统的成熟。 二、太阳能电池（光电材料）光谱响应测试系统简介 太阳能电池（光电材料）光谱响应测试，或称量子效率QE（Quantum Efficiency）测试，或光电转化效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等，广义来说，就是测量光电材料的光电特性在不同波长光照条件下的数值，所谓光电特性包括：光生电流、光导等。我公司的光谱测试系统由宽带光源、单色仪、信号放大模块、光强校准模块、计算机控制和数据采集处理模块组成。我们可以与用户密切协作，根据用户需要测试的样品的类型、测试指标、测试条件，设计和组建最适合每个客户测试需要的系统。 三、太阳能电池I-V特性测试系统简介 我公司太阳能电池I-V特性测试系统主要用来测试太阳能电池的I-V特性等。光源光谱和强度特性可模拟各种条件下的太阳光谱（AM0、AM1.0、AM1.5、AM1.5Global、AM2.0、AM2.0Global），稳定性高，均匀性好，均可达到A类标准，多种光照射面积尺寸；样品台可控温；高精度表头、可调负载和配套软件组成的系统能够通过计算机对测试参数进行设置，并且读取数据，在计算机内进行数据处理，绘制I-V和曲线和显示其它参数并打印输出；系统还可根据客户的具体情况和特殊需求进行相应的系统扩展太阳能电池（光电材料）IPCE/QE/量子效率/光谱响应测试系统 　　太阳能电池测试行业长期的经验，使得我公司太阳能电池（光电材料）IPCE/QE/量子效率/光谱响应测试系统始终处于行业领先位置。符合IEC, JIS, ASTM标准规定，我公司太阳能电池（光电材料）IPCE/QE/量子效率/光谱响应测试系统具有很高的稳定性和重复性。 　　作为光伏器件厂商和科研工作者，为了获得高效的产品，就需要一套高性能太阳能电池（光电材料）IPCE/QE/量子效率/光谱响应测试系统来帮助完成产品改进。我公司太阳能电池（光电材料）IPCE/QE/量子效率[font=宋体, MS So

  • 太阳能电池测试中的不确定因素及排除

    太阳能电池测试中的不确定因素及排除要想在各种太阳能电池测试系统,如：IPCE测试,量子效率/QE测试,光谱响应测试,IV测试中从根本上全面降低测试结果的A类和B类不确定度，保证测试数据呈现最佳的精度和准确度，就要充分考虑整个测试过程中所涉及的全部环节，在太阳能电池测试过程中不确定度的主要来源有以下几种：人员操作、仪器设备、标准溯源、测试方法、环境条件等等。◆人员操作 人员的操作在测试结果的不确定度分析中是很重要的。如在同一测试过程中不同的测试人员的操作流程、参数读取时机、对同一结果的读数都不可能完全相同；即使同一操作人员在两次实验中的操作也会有所不同，这些都会导致测试数据的不准确。 解决方案： 实现计算机全程自动化控制，依据国际太阳能电池测试的最新标准、最科学测试方法编制成的计算机软件可实现一键式操作，将避免人员操作差异；能最大程度的保证系统测试数据的重复性。◆仪器设备 测试系统中的相关设备的准确度、精度是影响测试数据的直接因素。也是实验结果权威性、科技性的根本保障。如构建测试系统中的各功能部件性能不好，虽然每个部件的不确定度分量不大，但其会造成各部分设备不确定度的叠加，使最终结果的不确定度很大，从而使测试的最终数据不准确。 解决方案： 测试系统选用国际知名品牌、世界顶尖技术的锁相放大器、斩波器、万用表等仪器设备进行构建，这些高端的专业设备可以为您有力的保障测试数据的权威性、准确性。◆标准溯源 测试系统的计量/校准标准也是系统不确定度的主要来源之一，在太阳能电池光谱响应/量子效率（QE/IPCE）测试系统中所要用到的标准探测器；I-V特性测试系统中标定太阳能模拟器用的标准电池的性能好坏，其校准数据的不确定度都严重影响着测试结果。 解决方案： 采用性能稳定可靠、线性度好、受温度等环境影响小的标准设备，其校准数据必须可溯源至国际、国内各著名计量校准机构（如NREL、NIST、NIM等）。◆测试方法 目前太阳能电池的种类很多，各种类电池的特性也均有不同，测试方法的选择选择的正确与否对测试结果有着很大的影响，例如：交流测试方法选用于响应速度快的电池；直流测试法则更适用于测响应速度较慢的电池，交流方法中对系统光源的交流调制的频率设置等都会影响您测试的结果。 解决方案： 确定合理的测试方案必须要依据依据ASTM 、IEC等国际标准，最重要的是要根据大量的电池测试实验经验，这就要求设备提供商不能仅仅有很强的研发能力、专业技术基础，更为重要的是要有众多客户的成功案例。◆环境条件[/f

  • 【科普】有机太阳能电池(OSCs)

    [font=&]太阳能是指太阳的热辐射能，又被称为“太阳光线”。地球上自生命诞生以来。就主要依靠太阳提供的热辐射生存。而在化石燃料日趋减少情况下，面对能源的巨大需求和日趋严重的环境污染问题，太阳能是大自然赋予人类的一个取之不尽、用之不竭的能源宝库。太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足在一定光照条件下，瞬间就可以输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上可以称为太阳能光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转换成电能的装置。[/font][font=&]目前占主导地位的太阳能电池主要以无机半导体材料构成，主要包括单晶硅、多晶硅和非晶硅无机太阳能电池。经过多年的发展，硅太阳能电池技术最为成熟，在大规模应用和工业化生成中占据主导地位。但是，提纯硅工艺复杂，成本高，造成在制造硅太阳能电池过程中能耗大、污染高等问题，同时制备工艺复杂且成产设备昂贵，限制其发展。高效的非晶硅薄膜无机太阳能电池包括硫化镉、碲化镉、砷化镓等多晶薄膜，但是由于镉、砷等元素有毒性，同时会造成严重环境污染，因而这类材料的发展也必然受限。有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部件的半导体材料替代无机材料，以光伏效应而产生电压形成电流，实现太阳能发电的效果。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8748.png[/img] [/font][/align][align=center][font=&]太阳能电池的广阔应用（网络图）[/font][/align][font=&]有机太阳能电池（OSCs）具有低成本、质量轻、超薄、柔性、易于大面积制备等诸多优点，在便携式、柔性电池、光伏建筑供能等领域具有广阔的应用前景。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8749.png[/img] [/font][/align][align=center][font=&]柔性透明电极与柔性有机太阳能电池的示意图（南开大学提供）[/font][/align][align=center][font=&][b]有机太阳能电池发展历程[/b][/font] [/align][font=&]1958年美国加州大学伯克利分校Kearns和Calvin将镁酞菁夹在两个功函不同的电极之间，检测到了200 mV的开路电压；表现出了光伏效应，成功制备出了第一个有机太阳能电池（Organic Solar Cells，简称OSCs），但是能量转换效率（Power Conversion Efficiency, 简称PCE）非常低。科学家们也一直在尝试不同的有机半导体材料，但是所得到的PCE都很低。直到1986年，柯达公司邓青云博士创造性制备双层异质结有机太阳能电池，以四羧基苝的一种衍生物（PV）作为受体，铜酞菁（CuPc）作为给体，制备双层活性层，其PEC1%。异质结的引入，就像是给有机太阳能电池注入新鲜血液一样，为其开辟了新的研究方向。有机太阳能电池也逐渐成为科学家的研究热点。[/font][align=center][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8750.png[/img][/align][align=center][font=&]邓青云教授[/font][/align][align=center][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8751.png[/img][/align][align=center][font=&]双层有机太阳能电池结构和PV、CuPc的化学结构[/font][/align][align=center][font=&]Appl. Phys. Lett., 1986, 48, 183-185[/font][/align][font=&]1992年，Sariciflci等人发现，激子在有机半导体材料和富勒烯的界面上可以快速实现电荷分离，并且激子分离成的电子和空穴在界面上不复合，从而更利于电荷的收集。次年他们首次将富勒烯作为活性层中的受体材料应用于有机太阳能电池器件中，并且取得较好的光伏器件能量转换效率。在很长一段时间内，富勒烯都成为有机太阳能电池的主要受体材料。1995年，诺贝尔化学奖得主Heeger等人首次提出体异质结结构（Bulk Heterojunction Structure）的有机太阳能电池，创造性将富勒烯衍生物（PCBM）和聚苯乙炔（MEH-PPV）溶液混合，并旋涂加工，获得具有三维互传网络结构的有机太阳能电池活性层，其PCE高达2.9%，自此，体异质结有机太阳能电池成为主流，并且进入快速发展期。2003年Sariciflci等人使用聚3-己基噻吩（P3HT）作为给体，富勒烯衍生物（PC61BM）为受体，制备体异质结有机太阳能电池，PCE达到3.5%。随着加工工艺的不断改善和提高，基于富勒烯衍生物作为受体材料的有机太阳能电池PCE已经超过10%。同时，性能优良的给受体有机半导体的不断被开发，PCE不断提高。中科院化学所李永舫院士、华南理工大学曹镛院士、中科院化学所侯剑辉研究员、北京大学占肖卫教授、南开大学陈永胜教授、香港科技大学颜河教授、中南大学邹应萍教授等国内外众多有机太阳能电池领域的科研团队的不懈努力以及卓越的科研工作，有机太阳能电池的PCE已经达到18%，取得巨大进展。[/font][align=center][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8752.png[/img][/align][font=&]另外，McGehee教授的研究报告表明，基于P3HT/PC70BM和PCDTBT/PC70BM体系的有机太阳能电池各项器件参数均表现出良好的稳定性，经过理论模拟，有机太阳能电池的的理论寿命可达7年以上。有机太阳能电池的高能量转化效率以及高稳定性，充分展现出其商业应用前景。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8753.png[/img] [/font][/align][align=center][font=&]有机太阳能电池工作4400 h之后的器件参数[/font][/align][align=center][font=&]Adv. Energy Mater. 2011, 1, 491–494[/font][/align][align=center][font=&][b]有机太阳能电池的器件参数[/b][/font] [/align][font=&]太阳能电池器件在光照条件下测试电流密度-电压（[i]J[/i]-[i]V[/i]）曲线，从中可以获得重要的输出特征参数：开路电压（[i]V[/i][sub]oc[/sub]）、短路电流（[i]J[/i]sc）、填充因子（[i]FF[/i]）以及能量转换效率（PCE）。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8754.png[/img] [/font][/align][align=center][font=&]太阳能电池的电流密度-电压（J-V）曲线[/font][/align][font=&]开路电压（[i]V[/i][sub]oc[/sub]）是指在没有电流回路（正负电极断路）时经过光照后器件产生的电压，即太阳能电池的最大输出电压，单位为V；开路电压由给体的HOMO能级和受体的LUMO能级的能级差决定。短路电流（[i]J[/i]sc）是指在外加电场为零时，受光照的器件在形成回路（正负电极短路）时所能产生的电流，即太阳能电池的最大输出电流；单位为A/cm[sup]2[/sup]或mA/cm[sup]2[/sup]。短路电流可根据[i]J[/i]-[i]V[/i]曲线中，电压为0时的电流值获得。理论上，吸收的光子越多，短路电流越大。填充因子（[i]FF[/i]）是电池具有最大输出功率时的电流和电压的乘积与短路电流和开路电压乘积的比值，理论最大值为1。能量转换效率（PCE）是指太阳能电池将太阳能转化为电能的效率，是输出功率（[i]P[/i]m）与入射光功率（[i]P[/i]in）的比值。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8755.png[/img][/font] [/align][font=&]式中[i]V[/i][sub]oc[/sub]是在开路时的光电压；[i]J[/i]sc是在零电压时的电流密度，即短路电流密度；FF为填充因子。当入射光为AM 1.5太阳光时辐射照功率为[i]P[/i]in = 100 mW/cm[sup]2[/sup]，这也是实验室实验条件下的常用模拟光照辐射照功率。[/font][align=center][font=&][b]有机太阳能电池的器件结构和工作原理[/b][/font] [/align][font=&]有机太阳能电池的工作原理主要包括四个重要步骤：（1）活性层吸收光子并产生激子；（2）激子扩散到给受体界面层；（3）激子在界面层分离成正负电荷，并迁移至正负电极；（4）正负电极收集正负电荷。[/font][font=&]有机太阳能电池的器件结构可以分为单层Schottky器件、双层异质结器件、体异质结器件和叠层器件等。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8756.png[/img][/font][/align][align=center][font=&]单层Schottky器件结构和工作原理[/font][/align][font=&]由于两个电极功函数不同，有机半导体与具有较低功函数电极之间将形成Schottky 势垒（能带弯曲区域W），即内建电场。光照下，有机半导体材料吸收光后产生激子。由于较大的库仑力使得这些激子不能分离成自由电子和空穴。有机半导体内激子的扩散长度一般都很小，只有扩散到Schottky势垒附近的激子才有机会被分离，所以单层Schottky结构电池的能量转换效率很低，在目前的有机太阳能电池研究中很少再使用这种结构。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8758.png[/img][/font][/align][align=center][font=&]双层异质结器件结构和工作原理[/font][/align][font=&]在双层异质结器件中，给体和受体有机材料分层排列于两个电极之间，形成平面型给体-受体界面。而且阳极功函数要与给体HOMO能级匹配；阴极功函数要与受体LUMO能级匹配，这样才有利于电荷收集。双层异质结器件结构中电荷分离的驱动力主要是给体材料和受体材料的LUMO能级之差，即给体和受体界面处的电子势垒。在界面处，如果电子势垒较大，大于激子结合能，激子的解离更为有利，电子易转移到有较大电子亲和能的材料上（较低LUMO），从而使得激子有效分离，明显高于单层结构，使得器件性能获得很大提升。双层异质结器件的最大优点是同时提供了电子和空穴传输的材料。当激子在D-A界面产生电荷转移后，电子在受体材料中传输至阴极收集，空穴则在给体材料中传输至阳极收集。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8759.png[/img] [/font][/align][align=center][font=&]体异质结器件结构和工作原理[/font][/align][font=&]在本体异质结器件结构中，给体和受体在整个活性层范围内充分混合，D-A界面分布于整个活性层，其工作原理和双层异质结器件结构相似，都是利用D-A界面效应来转移电荷。主要区别在于：（1）本体异质结中的电荷分离产生于整个活性层，而双层异质结中的电荷分离只发生在界面处的空间电荷区域。因此，本体异质结器件中的激子可以高效解离，同时激子符合降低，从而减少或者避免由于有机物激子扩散长度小而导致的能量损失；（2）由于界面存在于整个活性层中，本体异质结器件中载流子向电极传输主要是通过粒子之间的渗滤作用，双层异质结器件中的载流子传输介质时连续空间分布的给受体，因此双层异质结中具有相对高效的载流子传输效率。[/font][font=&]本体异质结可以通过将含有给体和受体材料的混合溶液以旋涂方式制备，也可以通过共同蒸镀的方式获得，还可以通过热处理的方式将真空蒸镀的平面型双层薄膜转换为体异质结器件结构。[/font][align=center][font=&][img]https://img.chemsoc.org.cn/web/2020/04/%E5%9B%BE%E7%89%8760.png[/img] [/font][/align][align=center][font=&]两个子电池组成的叠层器件结构和工作原理[/font][/align][font=&]叠层器件结构电池是将两个或两个以上的电池单元以串联的方式做成一个器件。一般子电池单元按照活性材料能隙不同采取从大到小的顺序从外向背电池串联，即与电池非辐射面（背面）最近的机构单元，其活性层材料的能隙最小。子电池1中产生的空穴和子电池2中产生的电子扩散至连接层并复合，每个子电池中只有一种电荷扩散至相对应的电极。叠层结构电池可利用不同光吸收谱的材料来改善电池对太阳光的吸收，减少高能量光子的热损失，最终提高电池效率。由于串联的叠层电池的开路电压一般大于子单元结构，其转换效率主要受光生电流的限制。因此叠层电池设计的关键是合理地选择各子电池地能隙宽度和厚度，并保证各个电池之间地欧姆接触，以达到高效能量转换效率地目的。[/font][align=center][font=&][b]有机太阳能电池展望[/b][/font] [/align][font=&]有机太阳能电池作为一种新兴高效太阳能电池，近年来得到飞速发展，虽然有机太阳能电池的PCE以及达到18%，初见商业化应用曙光，但是和成熟的无机太阳能电池相比，有机太阳能电池无论从能量转换效率、机理还是器件稳定性等方面都处于尚未成熟阶段。因此，成熟的无机太阳能电池技术以及研究思路对有机太阳能电池的发展具有重要的借鉴意义。挑战与机遇并存，随着科学家对有机太阳能电池的不断深入的探索，高能量转换效率、高稳定性、可大规模生产的有机太阳能电池必将很快问世，有机太阳能电池的商业化前景可期。[/font][font=&]参考文献：[/font][font=&][1] D. Kearns, M. Calvin, J Chem Phys 1958, 29, 950-951.[/font][font=&][2] C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. 1986, 48, 183-185.[/font][font=&][3] N. S.Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, F. Wudl, Science 1992, 258, 1474 [/font][font=&][4] G. Yu, K.Pakbaz, A. J. Heeger, Appl. Phys. Lett. 1994, 64, 3422-3424.[/font][font=&][5] G. Yu, J. Gao,J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science1995, 270, 1789.[/font][font=&][6] C. H.Peters, I. T. Sachs-Quintana, J. P. Kastrop, S. Beaupré, M. Leclerc, M. D.McGehee, Adv Energy Mater 2011, 1, 491-494.[/font][font=&][7] Y. Cui,H. Yao, J. Zhang, K. Xian, T. Zhang, L. Hong, Y. Wang, Y. Xu, K. Ma, C. An, C.He, Z. Wei, F. Gao, J. Hou, Adv. Mater. 2020, 1908205.[/font][font=&][8] 张剑,杨秀程,冯晓东.有机太阳能电池结构研究进展[J].电子元件与材料, 2012, 31(11):75-78.[/font][font=&][9] 黄辉.有机太阳能电池的发展、应用及展望[J].工程研究-跨学科视野中的工程, 2017, 9(06): 547-557.[/font][font=&][10] 袁峰,周丹,谌烈,徐海涛,陈义旺.有机太阳能电池空穴传输材料的研究进展[J].功能高分子学报, 2018, 31(06): 530-539.[/font][align=right][color=#808080]来源：化学通讯微信公众号，闵阳/撰稿[/color][/align]

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    作者： 弗尔德仪器
  • 48所全自动高精度太阳能电池测试分选设备研制成功
    近日，48所成功研制出全自动高精度太阳能电池测试分选设备，并率先在48所晶体硅太阳能电池生产线推广应用! 　　目前，48所研制的全自动太阳能电池测试分选设备已经突破了技术瓶颈，在多个关键单元技术上掌握了自主知识产权,通过在晶体硅太阳能电池生产线的生产考核，各项技术指标上接近国际同类设备先进水平，碎片率指标优于国外进口同类产品。正是基于测试分选等太阳能关键装备纷纷研制成功并推向市场，48所太阳能产品的技术指标连创新高，整线“交钥匙工程”备受客户青睐，海内外订单纷至沓来，取得了令人振奋的可喜成绩。 　　这是48所坚持自主科技创新所取得又一次突破，它不但填补了国内空白、替代了国外进口,而且更为重要的是标志着48所向晶体硅太阳能电池片制造装备全面国产化迈出了关键一步，对于提升国内装备技术水平具有深远的战略意义! 　　如果国内晶体硅太阳能电池的高精度测试和自动分选设备过度依赖进口，不但价格昂贵，而且供货周期长、备件少、维护费用高,将严重制约我国晶体硅太阳能电池的发展。随着光伏产业迅速崛起和光伏产业链的不断发展壮大，48所把可持续发展提到了前所未有的高度，以科技创新推动技术进步和引领市场，充分利用光伏装备制造的技术优势和人才优势，坚定不移的走设备与工艺相结合之路，不断攻克光伏产业发展道路上的种种技术障碍，光伏装备和光伏产品两大产业互相促进提高并发展迅猛，成为支撑我国太阳能光伏产业快速发展的太阳能电池制造装备龙头供应商。
    时间： 2010-04-07
    作者： 刘玉兰
  • 美研发病毒可将太阳能电池效率提高三成
    M13病毒可提高太阳能电池性能 　　美国麻省理工学院4月26日在其网站上宣称，该校研究人员日前开发出了一种新技术，可通过一种名为“M13”的病毒将太阳能电池的光电转换效率提高近三成。相关论文发表在最新一期《自然纳米技术》杂志上。 　　先前的研究已经发现，碳纳米管可以提高太阳能电池的转换效率。理想的情况下，碳纳米管会收集更多的电子，提高太阳能电池的表面积，从而产生更大的电流。但麻省理工学院的研究人员发现，该技术也存有一定的局限性。碳纳米管有两种，按功能可分为半导体类碳纳米管和导线类碳纳米管，两种纳米管不但在作用上不同，还容易发生聚集，从而严重影响转化效率。 　　研究人员经研究发现，M13病毒可以很好地解决这一问题。这种病毒长度为880纳米，结构简单易于操控，且对人体无害。M13病毒中的一种肽可使其附着在碳纳米管上，从而保证纳米管处于恰当的位置上，避免与其他碳纳米管发生黏连。每个病毒使用300个左右的蛋白质分子可以控制大约5到10个纳米管。实验显示，采用病毒结构的新型太阳能电池可将光电转化效率从普通太阳能电池的8%提高到10.6%，而新系统在重量上只增加了0.1%。 　　研究人员发现，除可固定碳纳米管外，M13病毒还会产生出二氧化钛，而二氧化钛颗粒可有效提高电子的传输效率。这种物质同样也是“格雷策尔电池”中的主要组成部分。“格雷策尔电池”也被称为染料敏化太阳能电池，工作原理是通过模仿光合作用产生电能。其发明人瑞士洛桑联邦高等理工学院光子学和界面试验室主任迈克尔格雷策尔曾因该技术被授予芬兰2010年“千年技术奖”。此外，M13病毒还会让碳纳米管具有水溶性，使其在室温条件下可更方便地加入到太阳能电池板中，从而降低生产成本。 　　研究人员称，关于两种碳纳米管在太阳能电池中具有不同效用的发现也是此次研究的一项重要成果，此前还没有被实验证明过。半导体纳米管可以提高太阳能电池的性能，但导线类纳米管的作用却正好相反。该发现或有助于设计出更有效的纳米电池、压电材料或其他与电力相关的材料。 　　负责该项研究的麻省理工学院教授安吉拉贝尔彻说，该技术还可以用来设计其他病毒增强型太阳能电池，包括量子点和有机太阳能电池。在提高普通太阳能电池的转化效率上该技术也有很大的潜力，不过这有赖于生物技术的进一步发展。
    时间： 2011-04-27
    作者： 秦丽娟
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