太阳电池IPCE测试中的严重不准确（偏高）问题

陈为群，Ph.D.

President of CROWNTECH, INC.（USA）

美国颐光科技

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       目前，太阳电池光电特性测试是太阳电池研究、生产和教学中一个最为重要的关键环节。然而，就是这么一个至关重要的环节，有个别的光电测试产品存在测量结果严重偏高的现象，即测量结果严重高估了被测电池的一些关键参数，例如，短路电流值，IPCE值或量子效率值，和/或电池的总效率。这显然造成了业内在评估电池性能方面的某些混乱。

       显然，现在世界范围并不存在一种对每一台太阳电池光电测试设备进行所谓准确的标定的机制，而光电特性测试设备存在着因为标准探测器或标准电池的标定值偏高而造成的测试结果偏高的现象，这与称重量或质量时，假如秤砣或砝码的标称值比真实值高，就会使被测物测量值偏高是一个道理。那么业内相关人士又如何能辨别光电特性测试设备的测试准确性呢？下面我们就IPCE测量，提出一些简单而直观的检验办法。

图一：QTestStation500AD太阳电池光谱响应/量子效率(QE)/IPCE测试系统

1.      评估IPCE测量系统的准确性的方法一

日本滨松(Hamamatsu)生产的S1337，Si光电探测器是业内的权威探测器，是国际计量界进行比对的专用器件，它在500nm~900nm区间的量子效率基本在65%左右，而且它对于不同光强有很大的线性动态范围，并且S1337同一型号探测器，个体之间差异很小，将近10多年来的不同批次之间的变化也很小，几乎可忽略不计，Hamamatsu的网页上有光谱响应特性图，这个图可以简单转化为量子效率随波长变化图。Hamamatsu的光谱响应特性图与美国国家标准局多次标定结果相互印证。所以，将S1337当作被测物，可比较准确判断一个IPCE测量系统的准确性。

2.      评估IPCE测量系统的准确性的方法二

按照IEC等国际标准，IV测试中标定一个太阳的光强（例如AM1.5G）的标准电池，通常是使用晶硅做为测量器件，它们对于不同强度的光通常也有很好的线性动态范围，它们在一个太阳下的全光谱对应的短路电流值应该是每个小波长区间的短路电流值的总和，而每个小波长区间的短路电流值，可以通过该区间量子效率与该区间的太阳光功率值简单计算出来，也即通过测量IPCE，可以算出一个太阳的短路电流值。那么，用比较权威的标准电池（例如VLSI公司的）当作IPCE的被测物，测出量子效率值，并据此进一步计算出1个太阳下的短路电流，这个计算出的短路电流值与标准电池标定的短路电流值的符合程度，通常应该在系统误差范围内（例如2%），至少不应有很大的偏差。

3.      评估IPCE测量系统的准确性的方法三

目前合格的商品化的晶硅电池的总的能量转换效率已经至少大于18%以上，所对应的晶硅的量子效率在某些波长区间至少会大于95%，一个测量结果严重偏高的系统，这时候就很有可能会测出大于100%的不合理结果。

测量结果偏高的原因如下：

如果一个IPCE测试系统的值比真实值偏高，可能有各种各样的设计和操作原因，但其中最大的可能性，是系统中作为标准的标准探测器的光谱响应值（或量子效率值）偏高，导致被测样品按同样的比例高于实际值。如前所述，这与标称值偏高的秤砣或砝码会给出偏高的不合理的称量值是一个道理。