第二十四章 性能測(cè)試

　　“接下來(lái)，我們檢驗(yàn)一下學(xué)弟的成果如何吧?！标愅袂宓?。

　　“學(xué)姐你放心，肯定沒(méi)問(wèn)題的?！痹S秋自信滿滿。

　　“好呀，那我拭目以待，”陳婉清道：”先教你如何測(cè)試。”

　　順著學(xué)姐的指引，許秋看向蒸鍍機(jī)器右邊的一套儀器。

　　一臺(tái)電腦、一個(gè)帶數(shù)顯面板的盒子、一個(gè)集成了八只探針的元件，一個(gè)黑色的罩子；

　　最顯眼的是一個(gè)探照燈狀的半球體，嵌在手套箱的底部，旁邊的銘牌上標(biāo)注著“Sol3A Class AAA Solar Simulator， 94043A型太陽(yáng)模擬器”。

　　陳婉清沒(méi)有急著介紹儀器，而是從原理開(kāi)始：

　　“測(cè)試過(guò)程，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用模擬的太陽(yáng)光，照射電池器件。

　　在此期間，用線性電壓掃描，從而得到電流密度隨電壓變化的曲線，即J-V特性曲線。

　　通過(guò)J-V特性曲線，可以計(jì)算得到器件的短路電流密度Jsc、開(kāi)路電壓Voc和填充因子FF。

　　此外，還有輸入功率密度，我們模擬的是AM1.5G條件，也就是太陽(yáng)光入射于地表的平均照度，具體數(shù)值為100毫瓦每平方厘米。

　　最終，通過(guò)公式得出，器件的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE）等于Jsc*Voc*FF/輸入功率密度?！?p>　　這幾個(gè)物理量，許秋之前在綜述上看到過(guò)，所以并不陌生，但模擬光源卻是第一次見(jiàn)。

　　他疑惑道：“怎么知道這個(gè)光源，它模擬的剛好是一個(gè)太陽(yáng)光的強(qiáng)度呢？”

　　“最開(kāi)始使用時(shí)，會(huì)用標(biāo)準(zhǔn)硅電池標(biāo)定它的光照強(qiáng)度，”陳婉清解釋道：“不過(guò)，在長(zhǎng)時(shí)間使用下，光照強(qiáng)度會(huì)衰退，所以每隔一段時(shí)間，就需要重新標(biāo)定，不然測(cè)試結(jié)果就會(huì)偏低?！?p>　　陳婉清繼續(xù)道：“它有兩個(gè)開(kāi)關(guān)，一個(gè)是總開(kāi)關(guān)，另一個(gè)是燈光控制開(kāi)關(guān)。

　　把總開(kāi)關(guān)，也就是那個(gè)紅色的按鍵從0撥到1，讓它先預(yù)熱起來(lái)，一般需要預(yù)熱十分鐘，這段時(shí)間我可以給你介紹其他的部件?！?p>　　許秋將總開(kāi)關(guān)打開(kāi)，儀器內(nèi)部傳來(lái)“呼呼”的聲音，像是有風(fēng)扇在運(yùn)作。

　　“學(xué)姐，然后是要打開(kāi)電腦嗎？”

　　“是的?！?p>　　許秋進(jìn)入手套箱內(nèi)，按下電腦的開(kāi)機(jī)鍵。

　　熟悉的XP系統(tǒng)開(kāi)機(jī)畫面加載中。

　　等了十幾秒鐘，藍(lán)天白云的電腦桌面出現(xiàn)。

　　不過(guò)上面干干凈凈的，除了“我的電腦”外，就只有一個(gè)軟件，名稱是“魔都綜合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室”。

　　“是這個(gè)軟件嗎？”許秋將鼠標(biāo)移動(dòng)過(guò)去。

　　“是的，這個(gè)是魏老師從物理系那邊要過(guò)來(lái)的，他們用LabVIEW編寫的?！标愅袂宓馈?p>　　許秋打開(kāi)軟件，發(fā)現(xiàn)軟件界面沒(méi)有什么花里胡哨的東西，非常簡(jiǎn)潔。

　　左上方是參數(shù)設(shè)置區(qū)域，左下方是圖像顯示區(qū)域，有橫縱兩根坐標(biāo)軸，橫軸是電壓，單位是伏特，縱軸是電流密度，單位是安培每平方厘米；

　　右上方是測(cè)試結(jié)果顯示區(qū)域，包括Jsc、Voc、FF、PCE四項(xiàng)，右下方是暗態(tài)補(bǔ)償、啟動(dòng)、停止按鈕。

　　參數(shù)有默認(rèn)值，基本上已經(jīng)設(shè)置好了。

　　起始掃描電壓-1伏特，最大電壓1伏特，掃描間隔0.01伏特，電池面積0.09平方厘米，暗態(tài)補(bǔ)償0，當(dāng)前測(cè)試條件為暗態(tài)。

　　熟悉了軟件界面后，許秋看向電腦旁邊的帶數(shù)顯面板的盒子，問(wèn)道：

　　“學(xué)姐，這個(gè)是什么？用來(lái)測(cè)試電流的嗎？”

　　“很聰明嘛，”陳婉清道：“這個(gè)是Keithley 2400源表，它可以提供高度穩(wěn)定的直流電壓，同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)試通過(guò)的電流，精度可達(dá)1皮安，也就是十的負(fù)12次方安培?！?p>　　許秋按下源表的啟動(dòng)鍵，在“滴”的一聲后，儀器啟動(dòng)，兩個(gè)數(shù)顯面板亮起，分別顯示電流和電壓。

　　隨后，他開(kāi)始安裝基片。

　　先取了一片標(biāo)有“1:1:0，1200r”的氧化鋅基片，將基片的背面，也就是玻璃面向下，放置在太陽(yáng)模擬光源的上方平臺(tái)。

　　平臺(tái)上有一凹槽，基片剛好可以卡進(jìn)去，并且正對(duì)著模擬光源半球面的上方，

　　在開(kāi)啟光源后，光就可以透過(guò)玻璃，垂直照射到有效層上，發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生光電流。

　　接著，他取來(lái)帶著八只探針的元件，將其用支架連接，探針朝下，壓在基片上方。

　　元件外面連接有兩組導(dǎo)線，每組導(dǎo)線一黑一紅，共四根，以“四線法”的方式與Keithley源表連接著。

　　八根探針彼此平行，左右各三根，上下各一根。

　　這些探針剛好可以扎在電池器件的邊緣。

　　其中左右六根探針，剛好扎在器件的六組鋁電極的末端，而上下兩根則扎在ITO電極上。

　　其實(shí)六個(gè)電池的ITO電極是共用的，只需要一根探針即可，但出于美觀、防止探針意外斷裂等方面的考慮，還是設(shè)計(jì)成了兩根。

　　最后，許秋用黑色的罩子，將太陽(yáng)模擬光源連同基片、探針元件一起罩起來(lái)。

　　“好啦，可以準(zhǔn)備測(cè)試了，”陳婉清道：“測(cè)試分為兩種，光照和暗態(tài)，一般需要先測(cè)試一次暗態(tài)，然后再持續(xù)進(jìn)行光照下的測(cè)試。”

　　“因?yàn)榘祽B(tài)下，電池器件也會(huì)產(chǎn)生少量電流，這部分電流不是因?yàn)楣庹斩a(chǎn)生的，所以需要扣除。

　　雖然在一般情況下，即使不扣除對(duì)結(jié)果的影響也不大，但是為了保證結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性，這個(gè)步驟不能省略。”

　　“好的?！痹S秋點(diǎn)擊軟件的啟動(dòng)按鈕。

　　“滴?！?p>　　源表開(kāi)始工作，左側(cè)的電壓值以0.01伏特的間隔，從-1伏特開(kāi)始，不斷跳動(dòng)增加；

　　右邊電流開(kāi)始是負(fù)值，且只有微安級(jí)別，在電壓達(dá)到0.64伏特后，轉(zhuǎn)為正值，并迅速提高。

　　掃描結(jié)束，得到結(jié)果。

　　暗態(tài)下，短路電流密度只有-0.0018毫安每平方厘米，光電轉(zhuǎn)換效率為0.0033%。

　　許秋點(diǎn)擊暗態(tài)補(bǔ)償后，左上角的暗態(tài)補(bǔ)償自動(dòng)變?yōu)?0.0033%。

　　看到短路電流密度為負(fù)值，他疑惑道：“學(xué)姐，這個(gè)Jsc為什么是負(fù)值呢，文獻(xiàn)中都是正值?！?p>　　“這是測(cè)試方法導(dǎo)致的，我們給電池提供的是一個(gè)反向的偏壓，用來(lái)抵消它產(chǎn)生的光生電流，因此測(cè)得的電流就是負(fù)值，代表電流方向與電壓方向相反。而在電池器件實(shí)際工作的時(shí)候，就是正值了?！标愅袂宓馈?p>　　許秋若有所思的點(diǎn)點(diǎn)頭。

　　然后，他將軟件的測(cè)試條件更改為亮態(tài)，打開(kāi)模擬光源的燈光控制開(kāi)關(guān)。

　　“啪”的一聲響，黑色罩子底部透出一絲絲光線。

　　許秋點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，電壓掃描過(guò)后，得到亮態(tài)J-V特性曲線。

　　軟件界面的右邊，顯示有四項(xiàng)光電參數(shù)，短路電流密度為-11.02毫安每平方厘米，開(kāi)路電壓為0.65伏特，填充因子為0.60，光電轉(zhuǎn)換效率為4.30%。

　　“學(xué)弟，厲害??！”看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，陳婉清略顯激動(dòng)道：“第一次做器件就成功啦。”