光電轉化效率(IPCE)

發佈日期: 2013 年 03 月 11 日 0:00 | 作者: | 分類: 綠能知識

光電轉化效率,即入射單色光子-電子轉化效率(monochromatic incident photon-to-electron conversion efficiency,用縮寫IPCE表示),定義為單位時間內外電路中產生的電子數Ne與單位時間內的入射單色光子數Np之比.其數學運算式見公式:

IPCE= 1240 Isc / (l Pin)

其中Isc、l和Pin所使用的單位分別為μA cm-2 、nm和W m-2。

從電流產生的過程考慮,IPCE與光捕獲效率(light harvesting efficiency) LHE (l)、電子注入量子效率finj及注入電子在納米晶膜與導電玻璃的後接觸面(back contact)上的收集效率fc三部分相關。見公式:

IPCE (l) = LHE (l) ′finj ′fc= LHE (l) ′f(l)

其中finj′fc可以看作量子效率f (l)。由於0 £LHE (l) £1,所以對於同一體系, IPCE (l) £f (l)。兩者相比,IPCE (l)能更好地表示電池對太陽光的利用程度,因為f (l)只考慮了被吸收光的光電轉化,而IPCE (l) 既考慮了被吸收光的光電轉化又考慮了光的吸收程度。譬如,若某電極的光捕獲效率為1%,而實驗測得量子效率f (l) 為90%,但其IPCE (l) 只有0.9%。作為太陽能電池,必須考慮所有入射光的利用,所以用IPCE (l) 表示其光電轉化效率更合理;作為LB膜或自組裝膜敏化平板電極的研究主要用來篩選染料而不太注重光捕獲效率,所以常用f (l)表示光電轉化效果。在染料敏化太陽能電池中,IPCE (l) 與入射光波長之間的關係曲線為光電流工作譜。

太陽能光伏行業:

太陽能電池的IPCE是指太陽能電池的電荷載流子數目與照射在太陽能電池表面一定能量的光子數目的比率。因此,太陽能電池的IPCE與太陽能電池對照射在太陽能電池表面的各個波長的光的回應有關。太陽能電池的IPCE與光的波長或者能量有關。如果對於一定的波長,太陽能電池完全吸收了所有的光子,並且我們搜集到由此產生的少數載流子(例如,電子在P型材料上),那麼太陽能電池在此波長的IPCE為1。對於能量低於能帶隙的光子,太陽能電池的IPCE為0。理想中的太陽能電池的IPCE是一個正方形,也就是說,對於測試的各個波長的太陽能電池IPCE是一個常數。但是,絕大多數太陽能電池的IPCE會由於再結合效應而降低,這裡的電荷載流子不能流到外部電路中。用稍微專業點的術語來說的話,綜合器件的厚度和入射光子規範的數目來說,太陽能電池的量子效率可以被看作是太陽能電池對單一波長的光的吸收能力。

太陽能電池的IPCE通過用波長可調的單色光照射太陽能電池,同時測量太陽能電池在不同波長的單色光照射下產生的短路電流,從而得到太陽能電池的IPCE。通常太陽能電池IPCE的測試需要由寬頻光源、單色儀、信號放大模組、光強校準模組、電腦控制和資料獲取處理模組組成。

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