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“接下来,我们检验一下学弟的成果如何吧。
www.kmwx.net”陈婉清道。
“学姐你放心,肯定没问题的。”许秋自信满满。
“好呀,那我拭目以待,”陈婉清道:”先教你如何测试。”
顺着学姐的指引,许秋看向蒸镀机器右边的一套仪器。
一台电脑、一个带数显面板的盒子、一个集成了八只探针的元件,一个黑色的罩子;
最显眼的是一个探照灯状的半球体,嵌在手套箱的底部,旁边的铭牌上标注着“sol3a class aaa solar simulator, 94043a型太阳模拟器”。
陈婉清没有急着介绍仪器,而是从原理开始:
“测试过程,简单来说,就是用模拟的太阳光,照射电池器件。
在此期间,用线性电压扫描,从而得到电流密度随电压变化的曲线,即J-V特性曲线。
通过J-V特性曲线,可以计算得到器件的短路电流密度Jsc、开路电压Voc和填充因子FF。
此外,还有输入功率密度,我们模拟的是am1.5g条件,也就是太阳光入射于地表的平均照度,具体数值为100毫瓦每平方厘米。
最终,通过公式得出,器件的光电转换效率(Pce)等于Jsc*Voc*FF/输入功率密度。”
这几个物理量,许秋之前在综述上看到过,所以并不陌生,但模拟光源却是第一次见。
他疑惑道:“怎么知道这个光源,它模拟的刚好是一个太阳光的强度呢?”
“最开始使用时,会用标准硅电池标定它的光照强度,”陈婉清解释道:“不过,在长时间使用下,光照强度会衰退,所以每隔一段时间,就需要重新标定,不然测试结果就会偏低。”
陈婉清继续道:“它有两个开关,一个是总开关,另一个是灯光控制开关。
把总开关,也就是那个红色的按键从0拨到1,让它先预热起来,一般需要预热十分钟,这段时间我可以给你介绍其他的部件。”
许秋将总开关打开,仪器内部传来“呼呼”的声音,像是有风扇在运作。
“学姐,然后是要打开电脑吗?”
“是的。”
许秋进入手套箱内,按下电脑的开机键。
熟悉的XP系统开机画面加载中。
等了十几秒钟,蓝天白云的电脑桌面出现。
不过上面干干净净的,除了“我的电脑”外,就只有一个软件,名称是“魔都综合大学物理实验室”。
“是这个软件吗?”许秋将鼠标移动过去。
“是的,这个是魏老师从物理系那边要过来的,他们用LabVIew编写的。”陈婉清道。
许秋打开软件,发现软件界面没有什么花里胡哨的东西,非常简洁。
左上方是参数设置区域,左下方是图像显示区域,有横纵两根坐标轴,横轴是电压,单位是伏特,纵轴是电流密度,单位是安培每平方厘米;
右上方是测试结果显示区域,包括Jsc、Voc、FF、Pce四项,右下方是暗态补偿、启动、停止按钮。
参数有默认值,基本上已经设置好了。
起始扫描电压-1伏特,最大电压1伏特,扫描间隔0.01伏特,电池面积0.09平方厘米,暗态补偿0,当前测试条件为暗态。
熟悉了软件界面后,许秋看向电脑旁边的带数显面板的盒子,问道:
“学姐,这个是什么?用来测试电流的吗?”
“很聪明嘛,”陈婉清道:“这个是Keithley 2400源表,它可以提供高度稳定的直流电压,同时实时测试通过的电***度可达1皮安,也就是十的负12次方安培。”
许秋按下源表的启动键,在“滴”的一声后,仪器启动,两个数显面板亮起,分别显示电流和电压。
随后,他开始安装基片。
先取了一片标有“1:1:0,1200r”的氧化锌基片,将基片的背面,也就是玻璃面向下,放置在太阳模拟光源的上方平台。
平台上有一凹槽,基片刚好可以卡进去,并且正对着模拟光源半球面的上方,
在开启光源后,光就可以透过玻璃,垂直照射到有效层上,发生光电转换,产生光电流。
接着,他取来带着八只探针的元件,将其用支架连接,探针朝下,压在基片上方。
元件外面连接有两组导线,每组导线一黑一红,共四根,以“四线法”的方式与Keithley源表连接着。
八根探针彼此平行,左右各三根,上下各一根。
这些探针刚好可以扎在电池器件的边缘。
其中左右六根探针,刚好扎在器件的六组铝电极的末端,而上下两根则扎在ITo电极上。
其实六个电池的ITo电极是共用的,只需要一根探针即可,但出于美观、防止探针意外断裂等方面的考虑,还是设计成了两根。
最后,许秋用黑色的罩子,将太阳模拟光源连同基片、探针元件一起罩起来。
“好啦,可以准备测试了,”陈婉清道:“测试分为两种,光照和暗态,一般需要先测试一次暗态,然后再持续进行光照下的测试。”
“因为暗态下,电池器件也会产生少量电流,这部分电流不是因为光照而产生的,所以需要扣除。
虽然在一般情况下,即使不扣除对结果的影响也不大,但是为了保证结果的严谨性,这个步骤不能省略。”
“好的。”许秋点击软件的启动按钮。
“滴。”
源表开始工作,左侧的电压值以0.01伏特的间隔,从-1伏特开始,不断跳动增加;
右边电流开始是负值,且只有微安级别,在电压达到0.64伏特后,转为正值,并迅速提高。
扫描结束,得到结果。
暗态下,短路电流密度只有-0.0018毫安每平方厘米,光电转换效率为0.0033%。
许秋点击暗态补偿后,左上角的暗态补偿自动变为-0.0033%。
看到短路电流密度为负值,他疑惑道:“学姐,这个Jsc为什么是负值呢,文献中都是正值。”
“这是测试方法导致的,我们给电池提供的是一个反向的偏压,用来抵消它产生的光生电流,因此测得的电流就是负值,代表电流方向与电压方向相反。而在电池器件实际工作的时候,就是正值了。”陈婉清道。
许秋若有所思的点点头。
然后,他将软件的测试条件更改为亮态,打开模拟光源的灯光控制开关。
“啪”的一声响,黑色罩子底部透出一丝丝光线。
许秋点击启动按钮,电压扫描过后,得到亮态J-V特性曲线。
软件界面的右边,显示有四项光电参数,短路电流密度为-11.02毫安每平方厘米,开路电压为0.65伏特,填充因子为0.60,光电转换效率为4.30%。
“学弟,厉害啊!”看到实验结果,陈婉清略显激动道:“第一次做器件就成功啦。”