[发明专利]单光路量子效率测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量半导体器件，尤其是测量多结光电池的量子效率和光谱响应的测试系统

背景技术

量子效率(QE)是表征光电器件性能的一个重要参数。所谓量子效率就是指入射光照射到光电器件上时，器件内产生的光生载流子的数目与入射的光子数目的比值。这是一个小于1的无量纲数。

QE测量的原理如下：利用单色仪把光源发出的白光分解成不同波长的单色光，单色光通过斩波器斩波后转变成脉冲光，让这些不同波长的脉冲单色光照射到待测样品上，样品便产生脉冲光电流。用锁相放大器接受这些微弱的脉冲光电流信号并加以放大，同时在相同的条件下测量已知QE值的标准探测器的相应的脉冲光电流信号，然后将两个信号进行比较，便可计算出待测样品的QE值。

对于只包含一个pn结的光电池，通常称其为单结电池；而对于由多个pn结组成的光电池，通常称其为多结电池，其中每个pn结组成的电池又称为子电池。在多结电池中，各子电池材料的带隙宽度不同，按从电池上表面到下表面的方向，子电池的带隙宽度逐渐减小，对应于吸收各个波段太阳光谱的能量。

多结光电池是光伏电池研究领域的热点，而光电池的量子效率(QE)是表征太阳能电池性能的一个重要参数。从QE测量结果不仅可以帮助人们辨认太阳电池不同区域的量子产额并清楚的知道光电池的光谱响应分布，而且还可以由QE值计算出太阳电池的短路电流值Isc。因此建立一套完善的QE测量系统，对促进光电池尤其是多结光电池的研究工作有非常重要的意义。

传统的QE系统的光路一般经单色仪后经分光片分光而变为双光路，其中一路照射标准探测器，另一路照射待测样品。由于分光片对各波长入射光的反射透射率并不一致，因此需对经分光片分光后各波长单色光的通量比值进行标定，很容易造成误差。本发明采用转动时样品定位器，巧妙地解决了这一问题，使标准探测器和待测样品先后测量时所处光路中的几何位置相同，确保了辐射通量相等，因此本发明对进一步拓展QE系统的应用范围，和提高QE系统测量结果的准确性，都有非常现实的意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种单光路量子效率测试系统，解决传统双光路量子效率测试系统两路光的光通量不相等的问题，使标准探测器和待测样品先后测量时先后处于光路中同一几何位置，确保标准探测器与样品表面入射光辐射通量相等，提高QE系统测量结果的准确性。

本发明提供一种单光路量子效率测试系统，其特征在于，包括：

一卤钨灯光源、一凸透镜、一光斩波器；

一单色仪，所述的卤钨灯光源、凸透镜和光斩波器位于该单色仪输入光入口的光路上，卤钨灯光源发出的光经凸透镜汇聚在单色仪光入口处；

一锁相放大器，该锁相放大器的频率参考输入端与光斩波器斩波频路输出端连接；

一计算机，该计算机负责控制和处理该单色仪和锁相放大器的数据，使单色仪与锁相放大器协调工作；

一转动式样品定位器，该转动式样品定位器位于单色仪输出光出口的光路上，并与锁相放大器通过线缆连接，转动式样品定位器通过旋转动作使样品和参考标准探测器处于光路的同一位置；

一组偏置光源，该偏置光源位于单色仪输出光出口的光路上的周围，该偏置光源将偏置光照射到样品表面，起短路样品的非测量子电池的作用；以及

一偏置电压发生器，该偏置电压发生器与转动式样品定位器连接，该偏置电压发生器提供-3-+3V可连续变化的偏置电压，变化灵敏幅度最小达到0.1V。

其中转动式样品定位器包括：

一盘形底座；

一转轴，该转轴固定在盘形底座上的中间部位；

一长方形盒体，该长方形盒体的底部中心固定在转轴上，在该长方形盒体的四个侧壁面上的下方分别安装有BNC插座，在该长方形盒体的一侧的上方开有一定位用的矩形窗口，在该长方形盒体的另三个侧壁的上方分别开有定位孔；

一样品架，该样品架的形状与长方形盒体上的矩形窗口相同，该样品架置放在该矩形窗口上；

一盒盖，该盒盖位于长方形盒体的顶部。

其中样品架包括：一样品台，该样品台为矩形，在样品台的四角处安装有探针座，每个探针座固定有探针。

其中所述的偏置光源提供波长处于0.3μm-0.68μm、0.68-0.91μm和0.91μm-1.81μm三个波段范围内的偏置光。

其中还包括参考标准探测器，该参考标准探测器位于该长方形盒体的另三个侧壁上方分别开有的定位孔内。

其中该参考标准探测器，提供0.2μm-1.9μm波长范围的标准参考数据。

附图说明：