一种多结太阳电池芯片的检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种多结太阳电池芯片的子电池电流匹配度的检测装置及检测方法，属半导体器件测试领域。

背景技术：

近些年来，作为第三代光伏发电技术的多结化合物太阳电池倍受关注，其光电转化效率无论理论还是实际都是太阳能电池中最高的，并且通过优化子电池的数量和能带结构可以不断优化，使其拥有广阔的效率提升前景。

对于多结太阳电池来说，各结子电池是串联关系，总的电流是由其中电流最小的一结子电池来决定的。要使多结太阳电池达到最佳效率就需要各结子电池的电流相等，即子电池电流匹配。因此子电池的电流匹配是设计制作多结太阳电池芯片的关键之一。一般判断子电池电流是否匹配的方法是通过太阳电池量子效率测试设备，通过测量各结子电池的各个波段的量子效率和响应度，结合标准光谱（如AM0光谱），积分计算得到各结子电池在某种光谱下的电流，对比各结子电池的电流得到子电池电流匹配情况。但是这种方法需要有专门的太阳电池量子效率测试设备。很多研究或生产太阳电池的企业或单位只有太阳光模拟器，而没有准确可靠的太阳电池量子效率测试设备，因此测试子电池电流匹配度的成本较高，且设备的校准比较困难。

技术实现要素：

本发明公开了一种多结太阳电池芯片的子电池电流匹配度的检测装置及检测方法，所述装置具有太阳光模拟器、光电探测器及滤波片、互联电路。所述检测方法将多结太阳电池芯片置于太阳光模拟器所发出的模拟太阳光的照射下，且置于短路状态，通过探测器探测各结子电池中辐射复合所发出的光，根据光的强度分析得出各结子电池的电流匹配程度。

本发明的技术方案为：一种多结太阳电池芯片的检测装置，包括：太阳光模拟器，发出的模拟太阳光具有与所述多结太阳电池芯片的实际应用中的光源相同或接近的光谱分布；光电探测器，用于探测多结太阳电池芯片所发出的光的光谱；互联电路，用于将所述多结太阳电池芯片置于短路状态。

优选地，还包括暗室，以避免环境光造成的干扰。

优选地，所述太阳光模拟器为稳态的太阳光模拟器。

优选地，所述光电探测器为测试波长范围覆盖子电池辐射复合发光波长的光谱仪。

一种多结太阳电池芯片的检测方法，其包括以下步骤：（1）将多结太阳电池芯片置于太阳光模拟器所发出的模拟太阳光的照射下，且置于短路状态；（2）通过探测器探测各结子电池中辐射复合所发出的光；（3）分析各结子电池所辐射出的光的强度，得到子电池电流匹配情况。

所述步骤（3）中可以用于简单的定性分析，辐射出的光强最强的子电池的电流相对其他子电池过剩。子电池所辐射出的光的强度越大，则该子电池的电流过剩程度越大。

所述检测方法可根据各结子电池所辐射出的光的强度与该结子电池的电流过剩程度成正比的基本原理，通过大量实验数据分析，得到定量计算子电池过剩的程度的方法。优选地，在探测目标多结太阳电池芯片之前，利用子电池电流匹配的标准多结太阳电池芯片来探测子电池电流匹配情况下太阳电池芯片所反射的光的强度，通过对比目标多结太阳电池芯片与标准多结太阳电池芯片的反射与辐射的光的光谱，消除反射光的干扰。

本发明基于以下原理：多结太阳电池中半导体材料以直接带隙材料居多，因此载流子复合的方式以辐射复合为主。多结太阳电池的电流由电流最小的一结子电池决定，当某结子电池的光生电流相对其他子电池较大的时候，其光生载流子处于相对过剩状态。当多结太阳电池处于开路状态时，所有光生载流子都无法转化成电流，绝大部分会重新辐射复合，转化成光；而当多结太阳电池处于短路状态时，大部分光生载流子可以转化成电流，而只有“过剩的光生载流子”无法转化成电流。所述 “过剩的光生载流子”的定义为电流较大的子电池的电流减去电流最小的子电池的电流所对应的那部分光生载流子。在该多结太阳电池没有明显漏电的情况下，绝大部分过剩部分的光生载流子只能重新辐射复合，转化成光，这种光的能量对应着该结子电池的半导体材料的带隙，因此具有特定的波长，光的强度与该结子电池的电流过剩程度成正比。因此只要测量多结太阳电池在短路状态、光照射下各结子电池发出的光，即可分析得出各结子电池的电流过剩程度，也就是子电池电流匹配度。

本发明的创新点及优点在于：不需要专门的太阳电池量子效率测试设备。只需要在太阳光模拟器的基础上，增加光电探测器和互联电路部分即可实现测试，成本低廉。

附图说明

图1为一种多结太阳电池芯片的子电池电流匹配度的检测装置示意图，图中：

001 暗室

002 太阳光模拟器

003 光电探测器

004 载片台

005 探针及互联电路

006 被测多结太阳电池。

图2为多结太阳电池芯片的子电池电流匹配度的检测装置检测到的子电池电流匹配的标准电池光谱（虚线）与GaInP子电池电流过剩的被测电池的光谱（实线）的示意图。其中为区别虚线与实线，虚线的纵坐标轴在左侧，实线的纵坐标轴在右侧。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例一：

图1显示了一种用于测试多结太阳电池芯片的子电池电流匹配度的检测装置示意图，该装置包括太阳光模拟器002、光电探测器003、载片台004和互联电路005。其中，太阳光模拟器002发出的模拟太阳光具有与待测多结太阳电池芯片在实际应用中的光源相同或接近的光谱分布，可采用稳态的AM0标准光谱的太阳光模拟器；光电探测器003为测试波长范围为300nm-1000nm的光谱仪；载片台004用于放置待测多结太阳电池芯片；互联电路005用于将待测多结太阳电池芯片置于短路状态。在具体测试过程中，需将前述设备置于暗室001环境中进行，并将待测多结太阳电池芯片安装于载片台上，并通过互联电路使其处于短路状态。

以下以经典的Ge/ In_0.01GaAs/GaInP三结空间太阳电池芯片为例，对本发明的测试方式进行说明。由于Ge子电池电流远高于其他两结子电池，且Ge材料为间接带隙材料，辐射复合较少，无法测试，因此只测试InGaAs子电池与GaInP子电池的匹配度。载片台004为铜盘镀金。

首先，取一子电池电流完全匹配的标准样品电池芯片，测试其光谱（主要是反射光）。标准电池的芯片尺寸与电极、减反射膜等结构域被测电池一致，以避免反射谱差异。将标准电池放置于载片台004上，正面电极用探针接触，背面电极与载片台接触，载片台与正面电极探针相连，使被测电池处于短路状态。开启太阳光模拟器，测得标准电池样品的反射光谱，如图2中虚线所示。

接着，将被测电池放置于载片台上，正面电极用探针接触，背面电极与载片台接触，载片台与正面电极探针相连，使被测电池处于短路状态。开启太阳光模拟器，测得被测电池样品的光谱，包括反射光与辐射复合发出的光，如图2中实线所示。

对比图2中两条光谱曲线，可以看到区别在于实线比虚线多出了650nm附近的一个发光峰。对比子电池材料带隙可知，波长在650nm附近的发光峰来自GaInP子电池，分析得出结论为在AM0标准光谱下，被测多结太阳电池的GaInP子电池的光生电流相对In_0.01GaAs子电池来说过剩。

采用上述方法测量大量的不同电池芯片在模拟器光照下的光谱曲线，得到不同子电池电流匹配情况下的子电池辐射复合发光峰的强度，并通过测试外量子响应效率的方法确定这些被测电池芯片的子电池电流匹配情况，可以得到子电池辐射复合发光峰的强度与子电池电流过剩比例之间的对应关系数据库。以这一数据库为基础，可以通过测试电池芯片在模拟器光照下的光谱曲线，定量得到该电池芯片的子电池光生电流过剩情况。