斩波单色仪和量子效应检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池的测量技术，尤其是涉及一种斩波单色仪和量子效应检测 仪。
【背景技术】
[0002] 随着全球能源需求量的逐年增加，环境污染问题日益严重，能源问题成为世界各 国经济发展遇到的首要问题.太阳能作为一种绿色能源，市场潜力、应用前景不可估量，太 阳能研发、应用中都需进行太阳能电池性能测试。太阳能电池的关键指标包括：光电转换效 率与量子效率。
[0003] 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池 表面一定能量的光子数目的比率。量子效应可分为内量子效应和外量子效应。
[0004] 当光子入射到光敏器材（如CCD等）的表面时，被吸收的那部分光子会激发光敏 材料会产生电子空穴对，形成电流，此时产生的电子与被吸收的光子之比，就是内量子效率 (internal quantum efficiency)。外量子效率即电子转化效率，定义为单位时间内外电路 中产生的电子数Ne与单位时间内的入射单色光子数Np之比。
[0005]
[0006] 理想中的太阳能电池的量子效率是一个常数，即入射不同波长的入射光，太阳能 电池量子效率是一个常数。然而由于再结合效应和太阳能电池结构的原因，太阳能电池的 量子效应是随波长改变的参数。太阳能电池的量子效率与太阳能电池对照射在太阳能电池 表面的各个波长的光的响应有关。实验中，常采用量子效应检测仪来测量太阳能电池的量 子效应。
[0007] 量子效应检测仪：用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态， 同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流，从而得到太阳能电池 的绝对光谱响应与量子效率。
[0008] 太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE(Quantum Efficiency) 测试、光电转换效率 IPCE(Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency)测试等，广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光 导等。
[0009] 量子效应检测仪结构复杂，需要太阳光模拟光源、单色仪、斩波器、光学系统、锁相 放大器、前置放大器。对于调制光响应慢、响应时间较长的太阳能电池（如染料敏化太阳能 电池），斩波器的最低调制频率4Hz也无法得到准确的测量结果，量子效应检测仪还需要加 入直流光测量模式。一般来说，锁相放大器无法测量直流信号，对于这种直流数据的采集， 量子效应检测仪内需要高精度直流放大器。所述现有技术的量子效应检测仪，结构复杂、成 本尚昂。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种斩波单色仪和量子效应检测仪，旨在解决现有的斩波 单色仪或量子效应检测仪结构复杂，造价过高的技术缺陷。
[0011] 为此，本发明实施例提供了一种斩波单色仪，包括反射镜、光栅、数字微镜器件、电 源模块和控制电路，所述电源模块分别与所述数字微镜器件和所述控制电路连接，所述反 射镜设于所述光栅前方，所述光栅设于所述数字微镜器件的前方，入射光经所述反射镜后， 投射于光栅后分成若干光束后，所述数字微镜器件选择至少一光束反射后输出。
[0012] 优选地，还包括显示模块、通讯模块和输入输出模块，所述通讯模块包括USB通讯 电路和/或RS232通讯电路。
[0013] 优选地，还包括反射透镜组，所述反射透镜组包括同轴设置的第一凸透镜和第二 凸透镜，所述第一凸透镜和第二凸透镜的焦点重合，并且所述第一凸透镜的投影面积大于 所述第二凸透镜，所述数字微镜器件反射出的光束依次经所述第一凸透镜和第二凸透镜射 出。
[0014] 优选地，还包括入射细缝和出射细缝，入射光经所述入射细缝进入所述光栅，所述 反射透镜组输出的光束经所述出射细缝射出。
[0015] 优选地，所述数字微镜器件包括912x 1140的微镜阵列。
[0016] 另外，本发明还提供一种量子效应检测仪，包括光源、前置放大器、锁相放大器和 控制分析模块，还包括上述的斩波单色仪，所述光源发出的光线依次经所述斩波单设仪和 待测太阳能电池，所述前置放大器的输入端与所述待测太阳能电池连接，输出端与所述锁 相环放大器的输入端连接，所述锁相放大器的另一输入端与所述斩波单色仪的频率输出端 连接，所述锁相放大器的输出端与所述控制分析模块连接。
[0017] 优选地，还包括分束镜、光学系统和标准太阳能电池，所述光源发出的光线依次经 所述斩波单色仪和分束镜，所述光学系统和待测太阳能电池的安装位依次位于所述分束镜 的第一光路上，标准太阳能电池的安装位设于所述分束镜的第二光路上。
[0018] 与现有技术相比，本发明实施例提供的斩波单色仪采用数字微镜器件进行获取单 色光线，不仅具有单色仪功能，且还可以通过数字微镜的开启和关闭进行斩波，具有超宽频 域的斩波调制功能。由于本发明实施例提供的斩波单色仪没有采用步进电机或其他机械的 方式进行分光或斩波，降低了电子-机械转换过程中带来的误差，有利于提高单色仪分辨 率。
[0019] 而且，本发明实施提供的斩波单色仪无需再搭载独立的斩波器系统，简化了量子 效应检测仪系统。斩波单色仪的超低频斩波模式融合了直流模式测量和交流模式测量两者 的优势，无需搭载直流模式测量所需的高精度直流放大器系统，超低频斩波模式搭载锁相 放大器即可满足现有技术的直流模式测量和交流模式测量。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实施例提供的斩波单色仪的结构示意图；
[0021] 图2是本发明实施例提供的斩波单色仪的数字微镜器件的结构示意图；
[0022] 图3是本发明实施例提供的量子效应检测仪的结构示意图；
[0023] 图中：
[0024] 10 :光源；20 :斩波单色仪；21 :光栅；22 :数字微镜器件；23 :控制电路；231 :USB 通讯电路；232 :RS232通讯电路；233 :输入输出模块；24 :凸透镜组；241 :第一凸透镜； 242 :第二凸透镜；25 :电源模块；26 :黑体材料；27 :入射细缝；28 :出射细缝；29 :反射镜； 30 :分束镜；40 :标准太阳能电池；41 :待测太阳能电池；50 :锁相放大器；60 :前置放大器； 70 :光学系统；80 :控制分析模块。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0026] 参见图1，图1是本发明实施例提供的斩波单色仪的结构示意图。在图1示出的 实施方式中，该结构的斩波单色仪20包括光栅21、数字微镜器件22、电源模块25和控制电 路23,以及入射细缝27和出射细缝28,其中，电源模块25分别与数字微镜器件22和控制 电路23连接。
[0027] 入射光经入射细缝27进入反射镜29,反射到光栅21，反射镜29设于光栅21的前 方，光栅21设于数字微镜器件22的前方，入射光经反射镜29投射在光栅21后，分成若干 光束后，数字微镜器件22选择至少一光束反射后输出。其中，光栅21有三种光栅结构可供 选择，三种光栅分别对应输出不同的波长范围的光线。
[0028] 在一些优选的实施方式中，该结构的斩波单色仪20还包括显示模块、通讯模块和 输入输出模块233,通讯模块包括USB通讯电路231和/或RS232通讯电路232。
[0029] 在另外一些实施方式中，斩波单色仪20还包括反射透镜组，反射透镜组包括同轴 设置的第一凸透镜241和第二凸透镜242,第一凸透镜241和第二凸透镜242的焦点重合， 并且第一凸透镜241的投影面积大于第二凸透镜242,数字微镜器件22反射出的光束依次 经第一凸透镜241和第二凸透镜242射出，反射透镜组输出的光束可以经出射细缝28射 出。微镜反射出的单色光有一定间距，放置一个与数字微镜器件22大小相当的第一凸透镜 241将所有反射的单色光聚焦，放置另一个较小的第二凸透镜242,使两者焦点重合，凸透 镜结构可使得平行光间距缩小，使不同波长的单色光从一个宽度可调的缝隙射出。
[0030] 从图2示出的斩波单色仪20可以看出，区别于传统的单色仪，本发明实施方式提 供的单色仪没有采用步进电机或其他机械的方式进行分光或斩波，降低了电子-机械转换 过程中带来的误差，有利于提高单色仪分辨率。同时，本发明实施例提供的斩波单色仪20 将斩波的功能融合到单色仪，以单一器件同时实现斩波和单色仪两者功能，无需再搭载独 立的斩波器系统，简化了量子效应检测仪系统。斩波单色仪20的超低频斩波模式融合了直 流模式测量和交流模式测量两者的优势，无需搭载直流模式测量所需的高精度直流放大器 系统，超低频斩波模式搭载锁相放大器50即可满足现有技术的直流模式测量和交流模式 测量。
[0031] 在应用本发明实施例提供的斩波单色仪20的过程中，复合光通过入射细缝27射 入斩波单色仪20内，通过光栅21将不同波长的光线分离开来，使得复合光分成了若干束有 一定间距、平行的单色光。平行的单色光经过一定距离投射在数字微镜器件22上，不同波 长的单色光投射在数字微镜器件22的位置不同。根据使用者选择输出光源波长，开启该单 色光投射位置对应的微镜，开闭其余位置微镜，从而可以达到分光的效果。单色光投射在处 于开启状态的微镜，光线经过反射，进入凸透镜组24,最终从可调的细缝中射出。而其余波 长的光投射在处于关闭状态的微镜时，光线经过反射被黑体材料26吸收，从而达到将复合 光分成单色光的作用。
[0032] 单色仪的分辨率由下三式给出：
[0036] 其中：D0(角色散本领）是：对于一定波长差SA的两条谱线，其角距离有多大。
[0037] h(线色散本领）是：对于一定波长差SA的两条谱线，其在屏幕上的距离有多 大。
[0038] R(色分辨能力）是：根据瑞利判据，两条具有一定宽度的谱线能够被分辨出来的 能力。
[0039] 其中k为衍射级数，取k=