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〖第二十四章 性能测试〗

我有科研辅助系统 · 佚名
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「接下来,我们检验一下学弟的成果如何吧。」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。」
这个发现让所有人都愣住了。
顺着学姐的指引,许秋望向蒸镀机器右边的一套仪器。
一台电子设备、某个带数显面板的盒子、某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。」
这好几个物理量,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:「怎么知道这样东西光源,它模拟的刚好是某个太阳光的强度呢?」
「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:「但是,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,某个是总开关,另某个是灯光控制开关。
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,一般需要预热颇为钟,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」的音色,像是有风扇在运作。
「学姐,随后是要打开电脑吗?」
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「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。
但是上面干干净净的,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」。
「是这样东西软件吗?」许秋将鼠标移动过去。
「是的,这样东西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。
谁也没有料到会是这样的结果。
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。
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。
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;
参数有默认值,基本上早就设置好了。
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,许秋望向电脑旁边的带数显面板的盒子,问道:
「学姐,这样东西是什么?用来测试电流的吗?」
「很聪明嘛,」陈婉清道:「这样东西是Keithley 2400源表,它可以提供高度稳定的直流电压,同一时间实时测试通过的电***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。
之后,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,基片刚好行卡进去,并且正对着模拟光源半球面的上方,
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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。
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这些探针刚好行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。
光影交错间,时间缓缓流动。
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,行准备测试了,」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。」
「缘于暗态下,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,然而为了保证结果的严谨性,这样东西步骤不能省略。」
「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;
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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%。
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看到短路电流密度为负值,他疑惑道:「学姐,这个Jsc为啥是负值呢,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。
随后,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。
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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,陈婉清略显澎湃道:「从未有过的做器件就成功啦。」
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