钙钛矿太阳能电池制备工艺简单,成本低廉。近年来,该类太阳能电池因其快速增长的光电转换效率和逐步提升的器件稳定性,吸引了学术界和产业界的广泛关注,为光伏领域带来了新的机遇。然而,由于钙钛矿太阳能电池中存在非辐射复合损失,所以目前的光电转换效率依然低于肖克利-奎塞尔(Shockley-Queisser)理论所定义的极限效率。因此,最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失是进一步提升电池器件效率的未来研究重点。
在理想的金属卤化物钙钛矿半导体材料中,所有的光生电子和空穴最终将通过发射光子的方式进行复合(即:辐射复合)。然而,在实际的钙钛矿太阳能电池中存在大量的非辐射复合通道,绝大部分光生载流子将优先通过其他非辐射途径进行复合(例如,缺陷辅助复合,俄歇复合,界面诱导复合,电声耦合,带尾态复合等)。这些非辐射复合损失过程极大降低了电池在稳态下的光生载流子浓度,从而减小了金属卤化物钙钛矿层中准费米能级劈裂的能级差,最终造成钙钛矿太阳能电池较大的电压损失。因此,最大化降低或抑制这些非辐射复合通道是提升器件开路电压和光电转换效率的关键。
太阳能电池光子能量损耗测量仪HiYield-ENGL用于测试太阳能电池(又称太阳电池)等光电器件的光子能量损耗。测试太阳能电池性能时,需要使用标准太阳光模拟灯[参考我司太阳能电池光伏特性测试系统 Sunshine]对样品进行照射。模拟灯可提供AM0、AM1.5、AM1.5G等标准光谱的太阳光。太阳光是复色光,包含了不同频率分量的光子。光子能量E=ℎv,其中ℎ是普朗克常数,v是光子频率。当某光子能量ℎv1的光照射太阳能电池时,理论上,该太阳能电池此时最大的开路电压为光子电压(hv1/e,ℎ为元电荷)。太阳能电池由半导体材料组成,半导体材料具备丰富的激发态能级结构。太阳能电池在实际工作时,这些丰富的能级结构与复色太阳光相互作用,从而存在各种各样的损耗途径,实际的开路电压(Voc)通常低于光子电压。损耗光子能量Eloss =Eg −eVoc,损耗的开路电压Vloss = Eg/e−Voc。损耗类型可以分成三大类:热力学损耗(ΔE1)、辐射损耗(ΔE2)、非辐射损耗(ΔE3)。HiYield-ENGL可以对这些损耗类型进行测量,从而可以揭示太阳能电池的内部工作机理,帮助研发人员优化太阳能电池工艺,从而获得更高的Voc以及更高的能量转换效率(PCE)。