钙钛矿太阳能电池的光谱响应始于300nm,止于800nm,在300nm 至400nm的紫外光范围,就有很高的光谱吸收能力,在可见光400nm 至700nm的光谱范围,其光谱吸收能力达到最高。
这就对测量设备提出一些特别的要求:光谱响应测量系统必须从300nm开始就有非常良好的测量精度和很高的信噪比。由于 石英灯所含的300nm-400nm紫外光能量很小,进入单色仪,经过光栅(Grating)之后从狭缝(slit)出来的紫外光几乎没有或者容易被环境光所淹没。对于采用单一光源--石英灯的光谱响应测量系统几乎就很难测量出钙钛矿太阳能电池在300nm至350nm的光谱响应。即使采用氙灯作为光源,它有非常丰富的紫外光能量,但在:300nm-400nm紫外光能 量相对于500nm-700nm的可见光谱能量,其比例非常低。所以当它们同时或者滤光之后进入单色仪,经过光栅(Grating)之后从狭缝(slit)出来的紫外光也几乎被光源本身的杂散光所淹没。因此光谱响应测量系统采用的单色仪必须要有非常高的杂散光抑制能力(Straylight Suppression)。通常,聚焦长度(focus length)较长(F > 300mm)的单色仪,会有比较好的杂散光抑制能力。
2. 钙钛矿太阳能电池的I-V特性测量:
2.1 精确测量太阳能模拟器的光谱:
太阳能模拟器是I-V测量系统的核心部件,参考IEC标准,A级模拟器必须具备的光谱范围是400nm 至1100nm,它覆盖了硅电池组件的实际应用的光谱范围。经了解,钙钛矿太阳能电池在光谱300nm至400nm的紫外光已经有了非常高的光谱吸收能力。显然即使是如图示Fig.3 所示的常规A级太阳能模拟器,也不一定能满足精确测量钙钛矿太阳能电池的要求。在实际选购的时候,我们更希望了解模拟器在300nm 至800nm的实际光谱能量分布情况,如附图Fig.4所示。
目前市场上用来测量模拟器光谱的手提式光谱功率计(Spectroradiometer),都采用柔性光纤将光导入由CCD作为感光传感器的分光仪。如图Fig.5所示,许多柔性光纤的传导光谱范围也只是从400nm开始。所以精确测量模拟器在300nm至400nm的光谱能量,需要采用特别的光缆,它的传导光谱范围覆盖UV-VIS。同时分光仪采用的CCD感光传感器件最好是UV增强型的。
2.2精确定标太阳能模拟器的光强:1000W/m2 @AM1.5G 光谱
通常,我们都会用一种称之为“参考电池片,Reference solar cell” 的标准电池片去定标模拟器的光强。需要注意的是,参考电池片也有不同的光谱响应范围。如果采用的是具有单晶硅太阳能电池光谱特性的参考电池片,它所标定的是光谱范围300nm至1200nm的光谱的平均功率。和我们希望精确定标的光谱范围:300nm 至800nm 有时会有相当大的差别。解决的方法之一是选择一种参考电池片具有和钙钛矿太阳能电池类似的光谱响应范围,如图Fig.6所示, KG3的参考电池片,它的光谱响应范围在300nm 至 900nm。
如果选用的太阳能模拟器具有如图Fig.4所示的光谱匹配度(±10%),采用上述的KG3 参考电池定标出的模拟器光强,已经能够满足日常的测试要求。如果需要更准确的测量钙钛矿太阳能电池的转换效率,那就需要采用额外的两种方法。
方法一:光谱失配因子修正:M系数