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光电测试应用篇

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■ Yanshuang Ba, Xiaoping Xie, Weidong Zhu, Junxiao Ma, Gang Liu, Peng Dong, Dazheng Chen, Jincheng Zhang, Chunfu Zhang,

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相关客户论文列表

应用篇光电测试

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光电测试应用篇

4972–4982.

■ Zhao, Jianhong, Hongzhang Wang, Liangfei Duan, Tianping Lv, Bin Xiao, Jin Zhang, Jing Liu, Yumin Zhang and Qingju Liu.

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■ Gao, Qianqian, Shengjie Yuan, Zhengji Zhou, Dongxing Kou, Wenhui Zhou, Yuena Meng, Yafang Qi, Litao Han and Sixin Wu.

Over 16% Efficient Solution-Processed Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells via Incorporation of Copper-Rich Precursor Film. Small (2022):

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Chemistry (2022).

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应用篇光电测试

应用文章

SCS系列量子效率测量系统主要应用与特点介绍

晶体硅太阳能电池目前主要包括单晶硅、多晶硅电池，其特点是性能稳

定、市场化工艺成熟，常规样品尺寸为 125mm 或 156mm 的方形电池片。

目前 QE 系统用于工业化产品检测的主要是针对此类应用，可通过内外量子

效率、反射率等参数分析电池片性能和均匀性，有助于成品效率提升。

针对此类应用，选择快速 Mapping 扫描功能，可以提供和分析快速

mapping 测试可以提供缺陷相关 LBIC 影像图。

晶体硅太阳能电池通常测试外量子效率、反射率、内量子效率以及表面

均匀性（mapping 扫描）。

■ 样品概述：

晶体硅电池 156mm×156mm

■ 测试条件：

光谱范围：300~1100nm

测试光斑：Φ10mm

调制频率：170Hz

时间常数：100ms

■ 测量项目：

光谱响应度、外量子效率、反射率、内量子效率、短路电流密度。

■ Mapping测试条件

室温、扫描步长 1mm、扫描时间 5min、测试波长 550nm。

环境温度 : 25±1℃

晶体硅太阳能电池测试

钙钛矿太阳能电池测试

钙钛矿（PVK）太阳能电池是目前科研太阳能电池领域最热门的太阳能电池种类之一。

这种新型的太阳能电池采用了具有类似于钙钛矿结构的材料作为光吸收层。

由于目前钙钛矿太阳能电池可能存在响应速度慢或响应度线性度不均等问题，故对于

钙钛矿太阳能电池非常适合采用交、直流测试系统，配合偏置光进行量子效率的测试。

■ 样品概述：

钙钛矿太阳能电池 2mmX2mm

■ 测试条件：

光谱范围：300-850nm

测试光斑：Φ1mm

■ 测试项目：

光谱响应度、外量子效率

钙钛矿电池样品结构图

非晶硅薄膜太阳能电池是目前市场上少数具有能力挑战晶体硅电池主

流地位的电池种类。它的主要特点是成本低廉，非常有利于太阳能的普及。

非晶硅薄膜太阳能电池可以分为单结、双结和三结等，每一个 PN 结

都可以看做一个子电池。因此在测量时应注意采用偏置光进行配合才能得

到正确的结果。

非晶硅薄膜太阳能电池通常测量外量子效率，多结电池需要测每个

PN 结的量子效率和短路电流密度。

非晶硅薄膜太阳能电池测试

三结非晶硅薄膜太阳能电池结构图非晶硅薄膜太阳能电池样品实物图

测试模式：直流测试

环境温度：25±1℃

应用篇光电测试

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光电测试应用篇

染料敏化太阳能电池（DSSC）是目前科研单位研究

最多的一种太阳能电池，它通过染料吸收太阳光，在染料

与纳米晶体的界面处产生自由电荷，然后通过外电路将电

能导出。

染料敏化太阳能电池的响应速度很慢，因此在进行

QE 测试的时候应特别注意，通常采用直流方法测量。在

特定的条件下，也可以采用交流方法测量。

染料敏化太阳能电池通常只测量外量子效率。

染料敏化太阳能电池样品实物图染料敏化太阳能电池样品结构图

■ 样品概述：

染料敏化太阳能电池 10mm×10mm

■ 测试条件：

光谱范围：300~800nm

测试光斑：Φ1.5mm

染料敏化太阳能电池测试

直流测试模式

环境温度 : 25±1℃

■ 测量项目：

光谱响应度、IPCE（外量子效率）

■ 样品概述：

多结薄膜电池（非晶 / 微晶 / 微晶锗硅） 100mm×100mm

■ 测试条件：

光谱范围：300~1100nm

测试光斑：Φ2.5mm

调制频率：180Hz

时间常数：300ms

蓝光、红光偏置

环境温度 : 25±1℃

■ 测量项目：

子电池的外量子效率、短路电流密度

铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池是已经初步市场化的一

种新兴太阳能电池，其制备工艺特别适合批量生产，非常

有潜力，但制备工艺还可以进一步完善。

铜铟镓硒太阳能电池的光谱范围比较宽，在条件允许

的情况下，建议测到 1400nm。

铜铟镓硒太阳能电池通常测量外量子效率、反射率、

内量子效率。铜铟镓硒电池结构图

铜铟镓硒太阳能电池测试

■ 样品概述：

CIGS 太阳能电池 30mm×30mm

■ 测试条件：

光谱范围：300~1400nm

测试光斑：Φ2.5mm

调制频率：113Hz

时间常数：100ms

环境温度 : 25±1℃

■ 测量项目：A外量子效率、内量子效率

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探测器标定系统客户测试案例

AlGaN/GaN HEMT 紫外探测器（VDS=0.5V;VH=4V ）① 钙钛矿IPCE曲线②

CsPbBr3探测器光谱响应度不同偏压下光谱响应度

参考文献：

① \"Suspended tungsten trioxide(WO3)gate AIGaNGaN heterostructure deep ultraviolet detectors with integrated micro-heater\" Vol. 27,

No. 25 / 9 December 2019 / Optics Express

② \"Enhanced efficiency and light stability of planar perovskite solar cells by diethylammonium bromide induced large-grain 2D/3D

hybrid film\" Organic Electronics 67 (2019) 101–108

③ \"Sacrificial additive-assisted film growth endows self-powered CsPbBr3 photodetectors with ultra-low dark current and high

sensitivity\" J. Mater. Chem. C, 2020, 8, 209--218

微纳器件光谱响应度测试系统测试案例

样品：

■ 光源：EQ99光源

■ 数釆：keithley2400

■ 光路：10倍显微物镜

■ 波长范围：200-400nm

a.监控CCD下观察的样品图片（宽度100μm）；b.样品信号曲线

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光电测试应用篇

中科院化学研究所胡劲松研究员课题组与于贵研究员课题组及天津大学化工学院冯亚青教授课题组合作发表了题目为 “HighMobility Hydrophobic Conjugated Polymer as Effective Interlayer for Air-Stable Efficient Perovskite Solar Cells” 的文章。本文介绍

了一种通过引入高迁移率疏水共轭高分子界面层来解决空穴传输层添加剂导致器件不稳定问题并同时改善器件转换效率的方法。研

究人员在钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层与传统空穴传输层（Spiro-OMeTAD）间引入一种具有高迁移率的疏水共轭高分子（PD-10-

DTTE-7）界面层，显著提高了钙钛矿太阳能电池的空气稳定性和光电转换效率（相关工作在线发表在 Solar RRL（DOI: 10.1002/

solr.201800232）上）

了一种通过引入高迁移率疏水共轭高分子界面层来解决空穴传输层添加剂导致器件不稳定问题并同时改善器件转换效率的方法。研

究人员在钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层与传统空穴传输层（Spiro-OMeTAD）间引入一种具有高迁移率的疏水共轭高分子（PD-10-

DTTE-7）界面层，显著提高了钙钛矿太阳能电池的空气稳定性和光电转换效率（相关工作在线发表在 Solar RRL（DOI: 10.1002/

solr.201800232）上）

助力钙钛矿太阳能电池技术新发展

—卓立汉光太阳能电池测试系统解决方案

钙钛矿太阳能电池简介

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化成电能的装置。简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电

池吸收 400nm~1100nm 波长 ( 针对硅晶 ) 的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。

太阳能技术发展大致经历了三个阶段：第一代太阳能电池主要指单晶硅和多晶硅太阳能电池，其在实验室的光电转换效率已

经分别达到 25% 和 20.4% ；第二代太阳能电池主要包括非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池。第三代太阳能电池主要指具有高转

换效率的一些新概念电池 , 如染料敏化电池、量子点电池以及有机太阳能电池等。

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于

第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池，是《科学》杂志评选的 2013 年度十大科技突破之一，是一种有望进一步降低光

伏发电价格的新型光伏体系。目前钙钛矿太阳电池发展现状良好，但仍有若干关键因素可能制约钙钛矿太阳电池的发展，其中最

关键问题之一是电池的稳定性问题。

钙钛矿层本身

在钙钛矿层中加入含阳离子的憎水大分子，保护钙钛矿层，避免

水汽侵入，从而提升钙钛矿太阳能电池的湿稳定性。

北京大学物理学院的赵清教授课题组在之前发展的籽晶诱导的基

础上，进行了系统的界面优化，通过分别控制有机胺盐 (NH2CHNH2I/

CH3NH3Br) 在碘化铅（PbI2）上的反应深度，钙钛矿的分解程度，以

及钙钛矿表面的溶剂处理，实现了钙钛矿薄膜的顶部、底部以及晶界

处 PbI2 的形成这一系列的钝化。得到稳态输出效率超过了 22%，稳

态开路电压 1.15V（相对于带隙宽度损耗仅为 0.38V）的钙钛矿电池，

基本为 1.53eV 带隙钙钛矿电池的最低开路电压损失。通过时间分辨

的荧光检测以及详细的阻抗谱分析，证实 PbI2 和钙钛矿的界面是一个

缺陷非常少的界面，几乎可以和 Si/SiO2 界面相媲美。（相关工作发表

在 Solar RRL（DOI: 10.1002/solr.201800296）上。）

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应用篇光电测试

石墨炔是一种 sp 和 sp2 杂化的 π 共轭体系的二维材料，n 型半

导体特性，且拥有适当的带隙、高电子态密度及良好的疏水性。中

科院物理研究所孟庆波课题组与化学研究所李玉良课题组在这一领

域开展深入合作，将石墨炔引入到了 FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3

钙钛矿膜中，构建了石墨炔 / 钙钛矿体相异质结薄膜。在此基础上，

制备了高效、水稳定性优异的钙钛矿太阳能电池。实验表明，钙

钛矿 / 石墨炔体相异质结促进了激子分离并提高光生电子的抽取能

力，提升了电子传输能力，电池的短路电流升高。另外，石墨炔的

引入钝化了晶界和界面缺陷，有效地抑制了光生载流子的复合，获

得了相对较高的填充因子，以及 20.54% 的光电转换效率。此外，

基于石墨炔 / 钙钛矿体相异质结的钙钛矿薄膜的抗湿性得到明显提

升。（相关结果发表在 Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/

aenm.201802012）上。）

卓立汉光为钙钛矿电池测试提供特殊定制样品台

钙钛矿太阳能电池除两端电极外，功能层分为空穴传输层（NiOx）、钙钛矿层（CH3NH3PbI3）以及电子传输层（ZnO）。太阳

光从 ITO 玻璃面入射，电极在入射光背面，称为背电极结构。阴极为 Al、阳极为 ITO。

钙钛矿电池结构 QE-F6-D 样品探针台

QE-F6-D使用简单，只需三步就可以完成样品安装：

■ 解锁打开上盖；

■ TO面朝上放入样品台；

■ 扣上盖锁好，旋转旋钮选择不同电池片的电流输出；

卓立汉光针对这种背电极结构的钙钛矿太阳能电

池提供定制样品探针台，QE-F6-D。由于不同客户制

作的电池尺寸和电极位置不同，因此卓立汉光针对每

个客户的电池尺寸及电极位置量身定做样品台，达到

电极接触良好、不遮光、不易损坏 ITO 膜及同一样品

上不同电池块输出的快速切换。

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光电测试应用篇

IV系统

功能

测量太阳能电池短路电流、短路电流密度、开

路电压、最大功率、最大功率电流、最大功率电压、

填充因子、光电转换效率、正反向调速扫描与暗电

流扣除功能。

特点

AAA 级太阳光模拟器，长时间稳定性好（不

稳定度� 0.8%）可用于长时间稳定性测试，模拟器

光出口四个方向可调满足客户样品在手套箱里面的

测试需求，出光口遥控光阑片方便遮光更换样品。

系统组成

太阳光模拟器、标准单晶硅太阳电池（中国计

量研究院标定）、吉时利 2400 源表、样品探针台、

IV 软件。

卓立汉光提供全套钙钛矿电池测试系统

图引自 Constructing CsPbBr3 Cluster Passivated-Triple Cation

Perovskite for Highly Efficient and Operationally Stable Solar Cells.

QE系统

功能

光谱响应度、外量子效率、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。

特点

测量结果重复性高测量结果准确可重复，自

动化测试流程高简化测试员工作、测试出错

率低，系统最小光斑直径小于1mm满足小面

积电池的测试需求，高稳定性高强度光源不

同重复标定标准探测器，节省测试时间，高

强度光源充分激发电池效率，测试结果更准

确，全反射光路无色差测试结果无偏差。图引自 Efficient Perovskite Solar Cells Fabricated Through CsCl-Enhanced

PbI2 Precursor via Sequential Deposition.

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应用篇光电测试

高效率和光电压的单结聚合物太阳能电池

引言

聚合物太阳能电池是具备较大前景的下一代光伏电池，可以通过室温溶液处理法制造，其中，串联聚合物太阳能电池因

其 10�的高功率转换效率而备受关注。华南理工大学材料科学与工程学院吴宏滨老师课题组，研究了一种新开发的半导体聚

合物电池，通过改变活性层的成分和共混物的结构顺序来实现对带状拖尾的控制，使材料具有高性能光敏层、更高的化合价

能级，在电子结中将尾态密度降低到电子受体的导带以下，在单结器件中实现了类似串联聚合物电池的效率。

研究成果

华南理工大学材料科学与工程学院吴宏滨老师课题组证明了通过控制 PC71BM 的 LUMO 以下的带尾效应，可以有效缓

解和调节基于窄带隙聚合物 PSCs 的开路电压中的基本损耗，并且可以在很宽的范围内（100 mV）进行调制。通过光电流光

谱响应特性分析和结构表征的实验结果，我们发现带尾效应的减少以及电子和空穴准费米能级分裂的增加有助于改善开路电

压。此外，我们在带拖尾和器件的光电压输出之间建立了相关性，提供更多有关高 VOC 起源的应用，为材料的进一步改进提

供理论和实验指导依据。

图1 60wt% PC71BM的PSCs共混物的光学性质和的器件性能

氟取代法对深化的有效性，HOMO能级和PTB7-Th作为有希望的电子供体

本文首先研究了具有规则组成的倒置结构中器件的性能，其中聚合物：PC71BM 的比例为 1:1.5。在 1 个太阳光 1000 W

m-2 的光照，模拟 AM 1.5G 照明情况下，PSCs 展现出了非常好的光电性能。根据器件的 J–V 特性得出的器件参数，如 VOC，

Jsc 和填充因子（FF）分别为 0.815 V，17.52 mA cm-2 和 72.0�，效率为 10.28 �。与我们以前的报告中最佳 PTB7 器件的性

能相比（VOC= 0.740 V，Jsc= 17.20 mA cm-2

，FF = 72.0�和 PCE = 9.15�），PTB7-Th 器件具有更高的 VOC 和更高的 Jsc，表

明氟取代基方法确实是一种非常成功的方法。

表1PC71BM在10％至95％之间的重量分数变化范围

通过将 EQE 数据与 AM 1.5G 太阳光谱的乘积积分

而获得的理论 Jsc 为 17.99 mA cm-2

，这与从 J–V 特征

曲线获得的值非常吻合（图 1b，表 1），这些数据为了

进一步增强 PTB7-Th 器件的 VOC 和整体器件性能提供

了一定的实验依据。

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光电测试应用篇

图3a 有源层中具有不同PC71BM重量分

数的一系列典型器件的暗伏安特性；

结论

本文研究发现单结 PSCs 材料的 PCEs 超过 10�，该太阳能电池性能可与非晶 / 微晶硅太阳能电池相比拟，是一种高效有机串

联元件。通过使用新合成的，具有深 HOMO 能级的窄带隙半导体聚合物，以及控制电子受体传导带以下的尾态密度和共混物的无

序度，该材料在相对较低的光照强度条件下（0.3–0.5 太阳照射）PCEs 可以达到 11%，这是朝着实现经济高效的太阳能电池迈出的

重要一步，也为太阳能电池材料的研究提供了一定的理论和实验依据。

文章信息

这一成果发表在nature photonics上，该文章是由华南理工大学材料科学与工程学院吴宏滨老师课题组完成，文章链接：https://www.nature.

com/articles/nphoton.2015.6

本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司 “研究级DSR100系列探测器光谱响应度标定系统”，如需了解该产品，欢迎咨询我司。

（附录产品链接）http://zolix.com.cn/index.php?a=prodcon&oneid=370&twoid=409_0&id=409&cid=1015

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高效率和光电压的单结聚合物太阳能电池

为了调查 VOC 增强机制，本文分析了器件的暗饱和电流，从图 3a，b 中可以看出，所有曲线斜率基本一致，其理想因子值为

1.45±0.15。根据 VOC 的斜率与光强度的自然对数（图 3c），发现大多数设备在照明条件下的理想因子为 1.10±0.10，器件之间的电

荷动态变化不大。

图3b 黑色实线最适合暗J–V的指数增

长特征；

图3c VOC与器件的光强度

自然对数

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应用篇光电测试

黑磷/锗异质结器件带有偏振光敏感性的高效能光探测器

导言

黑磷 / 锗异质结光二极管具有独特的光电性质。锗的掺杂种类对二极管整流方向可形成影响。加之其自身具有光电效应，和对

光的偏振的敏感性，使黑磷和锗异质结器件在多功能高效能光探测器领域有极高的潜质。

分享一篇来自西安电子科技大学王利明课题组的新研究成果，希望对您的科学研究或工业生产带来一些灵感和启发。

正文

二维和三维半导体的异质结构在高效能光探测器方面有很大的潜能。西安电子科技大学王利明团队探索了黑磷 / 锗异质结光二

极管的光电性质，研究发现锗的掺杂种类可以扭转黑磷和锗异质结二极管中所形成的整流方向。黑磷 /n 型锗的器件有显著的光电效

应，其最大开路电压为 0.34V，而这可使其成为自供能的光探测器。加之黑磷 / 锗异质结的器件对光的偏振的敏感性，黑磷 / 锗异质

结器件在多功能高效光探测器领域展现出了极高的潜质。

图1. 黑磷/锗异质结光探测器的(a)结构示意图和(b)显微图像，比例尺：

20微米。(c)用原子力显微镜测量的黑磷和六方氮化硼的膜厚度。(d)黑磷

/锗异质结的拉曼光谱。

图2. (a)黑磷-n型锗和(b)黑磷-p型锗在不同辐照条件下的I-V曲线。

在(c)532纳米和(d)1550纳米光辐照下的Isc和Voc关系图。

图3. (a)黑磷/锗器件的噪音谱。(b)在532纳米和(c)1550纳米光照下黑

磷/锗异质结器件的响应度和探测率。(d)黑磷/锗异质结器件在Vd=0V

下的响应度。

图4. (a)黑磷/锗和(b)黑磷/锗异质结在光照下的能带图。

(c)黑磷/锗和(d)黑磷/锗异质结在532纳米激光照射下的二维光

电流图，激光尺寸约为2微米，Vd=0V。

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光电测试应用篇

光电流二维扫描对于研究光电流的起源来说十分重要，图 4 中的二维扫描使用卓立汉光公司 DSR500 系统完成。扫描结果表

明在黑磷和锗重叠的位置有很强的光响应，说明其带有内置电场。值得注意的是，在黑磷和金的重叠部分未发现光电流，说明黑

磷和金形成了低能垒的接触。

图5. 在(a)532纳米和(b)1550纳米光照下，黑磷/锗异质结的I-t

图像。(c)黑磷/锗异质结在Vd=0V和1550纳米光照射下的I-t图

像。(d)在1550纳米光照射下[(Imax − Imin)/Imax]和转化频率

的关系图。

图6. (a)黑磷的晶体结构。(b)黑磷/锗和(c)黑磷/锗异质结在1550纳米

光照射下光电流与光的偏振角之间的关系。

总结

本文展示了黑磷 / 锗异质结光二极管的光电性质。锗的掺杂种类可以扭转黑磷和锗异质结二极管中所形成的整流方向。另外，

黑磷 /n 型锗的器件有显著的光电效应，其最大开路电压为 0.34V，而这可使其成为自供能的光探测器。黑磷 / 锗和黑磷 / 锗异质结

的器件对光的偏振也均是敏感的。综上所述，黑磷和锗异质结器件在多功能高效能光探测器领域可能会有极高的潜质。

西安电子科技大学王利明老师简介

王利明，副教授，获复旦大学理学博士学位。从 2012 年开始长期从事硅基半导体材料、光电子器件及新型多功能芯片应用研

究。现为西安电子科技大学微电子学院硕士生导师。以第一作者或通讯作者在 Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nano

Research 等国际期刊发表论文 30 余篇，主持及参与科技部重点研发计划、自然基金重点项目、国防预研项目等省部级以上项目十

余项，授权国际、国家发明十余项。获选陕西省科技协会青年人才托举计划。

文章信息

本文以 “High-Performance Photodetectors with Polarization Sensitivity Based on p-n and p-p+Black Phosphorus/Germanium

Heterojunctions” 为题发表在 IEEE Transactions on Electron Devices 上，西安电子科技大学王利明教授为通讯作者。

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